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第730节


地球也可当作大磁铁,因此条形磁石指向地球的磁极。由于磁极和地理上的南北极相差不远,可近似当作南北方向。因此磁石就可作为方向指示器。司南就是最早的方向定位工具。

    电荷有正负之分,磁极有南北之别(n表示北,s表示南)。同样是同性相斥,异性相吸。区别在于正负电荷可单独存在,磁铁永远都是南北共存。铁被磁石吸引,也能产生磁性。后来发现钴和镍也有同样属性。现在实验使用的磁铁,都是经过磁化后的钢棒。

    丹麦人奥斯特发现电流可以对磁铁产生作用。法国人安培证实了电流对电流也有作用。表明了电和磁可以相互作用。现代常用电产生强磁性,称为电磁铁。

    实验表明,铁以及类似材料的磁性效果,是因内部存在大量微小的磁性单元。每个磁性单元就像小磁铁一样有磁性,分南北极,称为磁畴。但整体是杂乱无章地分布,导致整体无磁性。当外加磁铁后,这些磁畴按照外加的南北极方向重新排列,出现磁性。

    观察:

    地球磁场非常重要。太阳的核反应带来了光明,同时也带来了灾难。太阳日冕层的带电粒子运动速度非常快,大量离开太阳四处分散,称为太阳风。这些高速带电粒子抵达地球附近时,因磁场影响,而绕开地球继续前进,少量受磁场影响,在两极附近进入地球,和大气层发生碰撞,形成极光。如果地球没有磁场,则大气层直接遭受太阳风的轰击,水蒸气在紫外线和带电粒子作用下被分解为氢和氧,氧和其他物质结合,氢气被吹走,导致地表的水全部丧失,生命无法存在。金星和火星的大气成份主要都是二氧化碳。两个星球都没有磁场!不过金星大,浓密的二氧化碳维持了大气层的存在。火星小,只剩下微薄的二氧化碳。地球没有磁场时,估计大气层浓密程度介于金星和火星之间。

    太阳风的直接证据在靠近两极附近才能看到。但是其他地区的人可以观察彗星,找到太阳风存在的证据。彗星在远离太阳时,整体是个脏雪球。看不到彗星尾巴。当彗星靠近太阳时,太阳辐射使得彗星产生表面大量气体,这些气体在太阳风的吹拂下,形成的彗尾都是向着远离太阳的方向。和太阳的距离越近,尾巴越长。如果不存在太阳风,则彗星应当是逐渐膨胀起来,而不是形成尾巴。

    彗星每次来临,都意味着损失部分物质,很快彗星就彻底消失了。而地球存在了46亿年,还有彗星出现,说明存在彗星发射基地。在太阳、木星、临近恒星引力的变动下,某些彗星时常发射进入太阳附近。因木星的影响,少数就改变环绕轨道,成为我们定期可见的彗星。这个彗星发射基地一般称为柯伊伯带,还有一些只光顾太阳一次的彗星,来自更远的基地奥尔特云。事实上,地球上的水很可能是都是这些早期彗星的馈赠。

    地球的内核是流动的液体金属铁,地球的磁场形成有多种理论,较多被接受的看法是:因地球自转,内部的流体之间因密度和热分布不同,产生对流(比较旋转一个生鸡蛋和熟鸡蛋的差别)。对流使得局部流动速度存在差异,当地球存在杂散的磁性时,这些存在速度差的导电体就产生电流,这些电流的流动进一步增强了磁场。对恒星的观察表明,这些存在强磁性的恒星,旋转速度都很快,磁性变化很快,说明磁性的产生是动态的。水星自转相当于地球的59天,形成很弱的磁场(水星虽然小,但内部铁核是最大的)。金星的自转相当于243天,没磁场。火星自转基本和地球相同,但体积太小,内部冷却,磁场接近0.木星自转10小时,磁场是太阳行星中最强的。

    铁钴镍可以产生磁性,并且维持不变。称为永久磁铁。但磁性并不强。人工使用稀土元素混杂其他元素,制造了磁性非常强大永久磁铁。钕铁硼磁体是1982年日本人佐川真人制造。硬盘、手机、耳机中到处都是这种超强磁铁。缺陷是不耐高温。后来发明者在钕磁铁中添加镝(重稀土),可增加温度耐受度,但稍稍降低了磁性。世界上稀土元素储量少(中国占世界储量37%),不可再生,所以基本都是中国生产(2009年97%),尤其是重稀土。

    磁铁中的磁畴方向一致性越好,磁性越强。当温度升高时,分子热运动可能会导致磁畴方向混乱,降低磁性。当温度越过居里点时,磁畴彻底混乱,磁铁丧失磁性。

    万有引力、电荷引力和斥力、磁极引力和斥力,都不需要物体接触,表现出一种超距效果。为了描述这种表观上的超距作用,引入了场这个概念。物体都有引力场,电荷都有电场,磁铁都有磁场。各种超距作用不过是物体和场之间的作用。成语气势汹汹,说明人对他人精神的一种感觉。说某人气场很足,并不是此人有特异功能,而是此人自信的精神面貌对他人形成的一种印象。或者说因利害关系形成的精神威压。如果双方不存在这样的关系,威压自然就不存在。万有引力是所有物体都存在的,所以引力场不可避免。但电场和磁场只能对电荷、磁体产生效果。我们前面叙述了磁场时,使用磁性来表述,在理解时,全部以磁场来替换。

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