磁在中国发展
1. 磁石的吸铁性及其应用
 
我国是对磁现象认识最早的国家之一,公元前4世纪左右成书的《管子》中就有“上有慈石者,其下有铜金”的记载,这是关于磁的最早记载。类似的记载,在其后的《吕氏春秋》中也可以到:“慈石召铁,或引之也”。东汉高诱在《吕氏春秋注》中谈到:“石,铁之母也。以有慈石,故能引其子。石之不慈者,亦不能引也”。在东汉以前的古籍中,一直将磁写作慈。相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。
  我国古代典籍中也记载了一些磁石吸铁和同性相斥的应用事例。例如《史记·封禅书》说汉武帝命方士栾大用磁石做成的棋子“自相触击”;而《椎南万毕术》(西汉刘安)还有“取鸡血与针磨捣之,以和磁石,用涂棋头,曝干之,置局上则相拒不休”的详细记载。南北朝(512~518年)的《水经注》(郦道元)和另一本《三辅黄图》都有秦始皇用磁石建造阿房宫北阙门,“有隐甲怀刃人门”者就会被查出的记载。《晋书·马隆传》的故事可供参考:相传3世
纪时智勇双全的马隆在一次战役中,命士兵将大批磁石堆垒在一条狭窄的小路上。身穿铁甲的敌军个个都被磁石吸住,而马隆的兵将身穿犀甲,行动如常。敌军以为马隆的兵是神兵,故而大败(“夹道累磁石,贼负铁镗,行不得前,隆卒悉被犀甲,无所溜碍”)。
  古代,还常常将磁石用于医疗。《史记》中有用“五石散”内服治病的记载,磁石就是五石之一。晋代有用磁石吸出体内铁针的病案。到了宋代,有人把磁石放在耳内,口含铁块,因而治愈耳聋。
  磁石只能吸铁,而不能吸金、银、铜等其他金属,也早为我国古人所知。《淮南子》中有“慈石能吸铁,及其于铜则不通矣”,“慈石之能连铁也,而求其引瓦,则难矣”。
2. 磁石的指向性及其应用
 
在我国很早就发现了磁石的指向性,并制出了指向仪器 司南。《鬼谷子》中有“郑子取玉,必载司南,为其不惑也”的记载。稍后的《韩非子》中有“故先王立司南,以端朝夕”的记载。东汉王充在《论衡》中记有“司南之杓(勺子),投之于地(中央光滑的地盘),其柢
(勺的长柄)指南”。
  不言而喻,司南的指向性较差。北宋时曾公亮与丁度(990~1053)编撰的《武经总要》(1044年)在前集卷十五记载了指南鱼的使用及其制作方法:“若遇天景噎(阴暗)霾,夜瞑黑,又不能辨方向……出指南车或指南鱼,以辨所向……鱼法,用薄铁叶剪裁,长二寸阔五分,首尾锐如鱼形,置炭中烧之,候通赤,以铁钤钤鱼首出火,以尾正对子位,蘸水盆中,没尾数分则止,以密器收之。用时置水碗于无风处,平放鱼在水面令浮,其首常南向午也”。需要特别指出的是,这里极为清晰地论述了热退磁现象的应用。当烧至通赤时,温度超过居里点,磁畴瓦解,这时成为顺磁体。再用水冷却,磁畴又重新恢复。这时鱼尾正对子位(北方),在地磁场作用下,磁畴排列具有方向性,因而被磁化。还应注意到,“钤鱼首出火”时“没尾数分”,鱼呈倾斜状,此举使鱼体更接近地磁场方向,磁化效果会更好。从司南到指南鱼,无疑是一个重大进步,但在使用上仍多有不便。
  我国古籍中,关于指南针的最早记载,始见于沈括的《梦溪笔谈》。该书介绍了指南针的四种用法:水法,用指南针穿过灯芯草而浮于水面;指法,将指南针搁在指甲上;碗法,将指南针放在碗沿;丝悬法,将独股蚕丝用蜡粘于针腰处,在无风处悬挂。磁针的制作,
采用了人工磁化方法。正是由于指南针的出现,沈括最先发现了磁偏现象,“常微偏东,不全南也”。
  南宋时,陈元靓在《事林广记》中记述了将指南龟支在钉尖上。由水浮改为支撑,对于指南仪器这是在结构上的一次较大改进,为将指南针用于航海提供了方便条件。
指南针用于航海的记录,最早见于宋代朱彧(yù)的《萍洲可谈》:“舟师识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦观指南针”。以后,关于指南针的记载极丰。到了明代,遂有郑和下西洋,远洋航行到非洲东海岸之壮举。西方“关于指南针航海的记载,是在1207年英国纳肯(A. Neckam,1157~1217)的《论器具》中。
                     
                    磁的认识史
1. 磁性汽车电喇叭
天然磁铁(Fe3O4)或人造磁铁具有能吸引铁、钴、镍等物质的特性—磁性;
磁铁具有磁极—N极、S极,N极、S极同时存在,不可分割(磁单极子);
磁极之间有相互作用力——磁力。同号磁极相斥,异号磁极相吸。
2. 历史
战国时期(公元前300年)有“磁石”等记载;
东汉时期王充:“司南”指南的记载描述;
11世纪:指南针;
1819年:奥斯忒发现电流对小磁针的作用;
1820年:安培发现磁铁对载流导线或载流线圈的作用;
1822年:安培提出了有关物质磁性本质的假说——分子电流观点,认为一切磁现象的根源是运动的电荷(即电流)。
3. 磁性起源和电、磁本质的统一性
运动电荷既能产生磁效应,也能受磁力的作用。一切磁现象都起源于电荷的运动。它们之间的相互作用力均为运动电荷之间的作用力。例子:
4. 计算机科技与电磁技术
(1)存储器  磁芯、Floppy and Hard disk、MO机等;
(2)微型电机;
(3)CRT显示器;
               
                      磁的应用
1磁在收音机中的应用
收音机用到多种磁性材料和磁性器件。例如,收音机中都要使用电声喇叭把电信号变成声音,而一般最常用的电声喇叭便是永磁式电声喇叭。收音机所收到的电台发射机已将声音
转换成的电信号,在受到电声喇叭中永久磁铁的磁场作用而使电线圈振动发声。这样便将电台发射的已转换为电信号的声音复原了。电声喇叭中的永久磁铁的磁场在这种电-声转换中起了重要的作用。喇叭则将电线圈的振动发声放大。另外在收音机中转换高频率的电信号和低频率的电信号也都需要使用多种的高频变压器和低频变压器,这些变压器也需要使用多种的磁性材料。
    为了提高收音机的灵敏度和接收距离,需要使用天线。如果利用磁性材料制成磁天线,不但可以显著减小天线的尺寸,而且还可以显著提高收音机的灵敏度。这种磁天线的性能既同天线的设计有关,又同磁性材料的磁特性有关。
    收音机工作时需要使用电源。有使用电池作电源的,也有使用交流电源的。在使用交流电源时,又需要使用变压器来改变电压。变压器也需要采用磁性材料。
    这样可以看出,我们使用的收音机虽然体积很小,但是却离不开磁性材料,和用多种磁性材料制成的多种磁性器件。
2.磁在电视机中的应用
电视机是我们生活中经常应用的另一种电器。磁在电视机中的应用也是相当多的。同收音机相比较,电视机不但能听到声音,而且能看到活动的图像。在彩电视机中还能看到彩鲜艳逼真的彩活动图像。因此电视机要应用比收音机更多数量、更多种类和更多功能的磁性材料和磁性器件。具体说来,电视机除了也使用收音机所使用的多种磁变压器和永磁电声喇叭外,还要使用磁聚焦器、磁扫描器和磁偏转器。
电视机的结构和工作原理是很复杂的。这里只简单地介绍磁在电视机中的作用。关于电视机中的声音部分基本上同收音机相似,这里就不再介绍,而只说明同活动图像相关的磁的应用。电视机中的活动图像的放映是在显像电子管中进行的。电视台将活动图像转换成电信号后通过无线或有线传送到电视接收机(简称电视机)中,经过一定的电信号变换和处理后再传送到显像管中。在显像管中,反映活动图像的电子束经过磁聚焦器、磁扫描顺和磁偏转器的磁场聚集、扫描和偏转作用后投射到显像管的荧光屏上转换为光的活动图像。彩电视机由红、绿、兰3个基信号组成彩活动图像,因此显像管中含有3组电子束及它们的磁聚焦、磁扫描和磁偏转磁器件。再将3种基活动图像合成彩图像。因此,彩电视的设备和成像过程等都更为复杂。但却都是采用一定的磁场来控制电子束的运动而完成成像的。
3.磁在磁录音机和磁录像机中的应用
磁录音机是将声音通过声音、电流、磁场和物质磁性之间的转换而把声音记录到由磁性材料制成的磁记录带(简称磁带)上。这称为录音过程,或称磁录音。如果需要把磁带上录制的声音再放出来,则通过与磁录音相反的过程,即通过磁带的磁性→磁场→电流→声音之间的转换而把磁性再转换为声音。这称为磁放音过程,或称磁放音。这种磁录音和磁放音的原理和过程可以简述如下:在录音时,声音通过话筒,将声波振动转换为电流信号的相应变化,再通过电流放大器将电流信号放大后传送到录音磁头的电流线圈中,线圈中的带有很小空气隙的磁芯便会受电流线圈中的电流磁化,而在磁芯的空气隙中产生与电流、声音相对应的磁场。这一磁场使磁带上磁记录介质受到磁化而产生相对应的磁化强度。当这部分磁记录介质离开录音磁头的空气隙磁场后,便保留一定的剩余磁化强度,称为剩磁。这剩磁的大小同所要记录的声音强弱相对应。在放音时,其过程是磁带移动通过放音磁头的空气隙时,磁带上的剩磁变化在空气隙中产生同剩磁相对应的磁场变化,在放音磁头中产生相对应的磁化强度变化,因而在放音磁头的电流线圈中产生相对应的电流变化,这电流变化经放大器放大后送入声喇叭即将电流变化转变为声音。这一放音过程是同录音过程相反的逆过程。
  磁录像机是同磁录音机相似的家用电器。它们之间的主要差异是:磁录音机为声-电-磁之间的转换,而磁录像机为光-电-磁之间的转换,正像收音机与电视机之间的差异。
4.磁在新型汽车中的应用
汽车是现代的一种重要交通工具。一般汽车中使用的电话、收音机和电视机中都要应用到多种的磁性材料和磁性器件。在现代一些新型汽车中磁的应用就更加增多。例如现代一种新型家用小汽车便使用了32台小型永磁电动机,它们分别应用于时钟步进电机、录音机走带机械、电子计价器步进电机、电控反光机、车
高调整泵、自动车速调节泵、起动电机、可伸缩车前灯、车前灯冲洗器、水箱冷却风扇、电容器冷却风扇、活门控制、颈部防损控制、车前灯擦净器、前窗冲洗器、前部擦净器、后窗冲洗器、后部擦净器、电动车窗、油泵、汽车门锁、可调减振器、空气净化器、后部空调器、汽车天线、遮阳车顶、大腿支撑泵、侧面支撑泵、气动腰部支撑泵、座椅斜倚器、座椅升降器、座椅移动器、真空泵、空气调节器、室温传感器、暖风机。
    除上述的几种家用电器需要使用多种的磁性材料和磁性器件外,还有许多家用电器也要
应用到磁,例如,电冰箱中的磁门封条和电动机,洗衣机、空调器、除尘器和电唱机中用的电动机,微波炉中用的磁控管,电门铃中用的电磁继电器,电子钟表中用的小型微型电动机等。可以看出,现代生活离不开磁。
5.磁在发电机和电动机中的应用
我们生活在电气化时代。但是电能是如何得到的?一般说来,电能是从其他能量如热能、水的动能、原子能等转换成电能的,即先将这些能量通过热机或水力机转换为机械(动)能,再把机械能转换为电能。这种将机械能转换为电能的机械称为发电机。为了减少电能在长途传送途中的损失,必须将电能的电压提高、电流减小,这就需要把电压升高的升压变压器,或称高压变压器。当电能经高压输送到使用地后,为了使用方便和用电安全,又必须把高压电的电压降低。这就需要把电压降低的降压变压器,或称低压变压器。不论升压变压器或降压变压器都离不开磁的应用。在电能应用中,很多是应用于动力机械,这就是将电能转换为机械(动)能。将电能转换为机械动能的机械称为电动机。