C

P/M 操作系统（CP/Moperationalsystem） 是一种磁盘操作系统。其结构为层次型，由三部分组成：基本输入输出系统 BIOS，基本磁盘操作系统 BDOS 和控制台处理命令程序 CCP。此外还有过渡性

程序区 TPA 和零页的系统参数区。

BIOS 是一个与硬件有关的模块，提供了磁盘和其它外设输入输出操作，为外设确定了精确的低级接口。它由冷启动引导，热启动引导，查控制状态，控制台字符输入输出，列表设备字符输出，穿孔输出，读带输入， 磁头回零道，选盘，选道，选盘区，设置 DMA 指针，读写盘扇区，查询列表设备准备状态和扇区转换等外围控制子程序组成。上面这些逻辑外设又可各自定义四种物理外设，只要 BIOS 有自定义外设的基本操作子程序，因此只需改写 BIOS 便可较方便地把系统移植到其它的硬件配置上。

BDOS 是独立于硬件的基本磁盘操作系统。它的主要功能是进行磁盘文件管理，提供磁盘文件结构、盘区分配和盘文件存取。它使用了盘图映象和文件控制块来作为实现其功能的数据结构。它提供了若干条系统调用作为对系统软件和用户软件的支持，系统软件和用户软件可以简便地使用系统给出的系统调用标识符来调用这些系统资源。系统给出的调用手段还使系统具有可扩性。

CCP 是 CP/M 操作系统与用户的接口，由命令处理和内部命令子程序两部分组成。CP/M 的命令分为内部和外部两种，内部命令子程序是操作系统不可分割的一部分，随同操作系统一同装入 RAM，外部命令作成文件存于磁盘上，使用时调入 RAM 运行。

CP/M 本质上是一个文件管理系统，应用极为广泛。

参考系（referenceframe） 又称参照系。为确定物体的相对位置并描述其运动而选作基准的另一物体或物体群。与参考体固连的整个延伸空间称为“参考空间”。同一物体相对于不同参考系的运动状态可不相同。只有选定参考系，对某一物体的相对位置及其运动的描述才有意义。参考系的选择主要取决于问题的性质和研究的方便，例如描写落体运动时，常把地球作为参考系；描述行星运动时，常把太阳和几颗恒星作为参考系。参考系的变换（reference frame transforma-tion） 物理问题研

究的一个重要方法，能使物理问题变得简单明了。其数学原理就是矩阵的变换和操作。假定原来参考系用坐标（x，y，z）表示，变换到的新坐标系用（x′，y′，z′）表示。分下面几种类型进行讨论。

1. x′=-x，y′=y，z′=z。相当于

x' −1 0 0 x

y' = 

0 1 0y或X′ = Mx X，

z' 

 

   0 0 1z

即实现对 yz 平面反映的“镜象”变换，Mx 为变换矩阵。如果要实现XZ 平面反映的镜象，则为

1 0 0x

M =  0 − 1 0 y或Y' = My ·Y，

  

 0 0 1 z

1 0 0

而 M =  0 1 0 或Z'= M

• Z，

^z  0 0 − 1 Z

为 xy 平面反映的镜象。

1. x′=-x，y′=-y，z′=z 相当于两个反映，变换矩阵可写成：

−1 0 0  1 0 0

M xy =  0 − 1 0，Myz =  0 − 1 0，

 0 0 1



 0 0

− 1 

−1 0 0

M =  0 1 0 。

xz 

0 0 − 1

1. x′=-x，y′=-y，z′=-z，其变换矩阵可写成：

−1 0 0 

M xyz = 

1. − 1 0或者X' = M xyz X。

 0 0

− 1

1. 如果坐标绕 z 轴旋转一个如图 1 所示的正角度θ。给定一点 P（x，

   y，z），则变换后的坐标：

x’=xcosθ+ysinθ y’=-csinθ+ycosθ z’=z，

用矩阵表示，可写成如下的形式：

x'  cosθ

sin θ

0x

y' = − sinθ

cosθ

0y

    

z'  0 0 1z

 cos θ sin θ 0

R − sinθ cosθ 0，

z，θ 

0 0 1

可简化为：X′=Rz,θX，式中 Rz,θ表示绕 z 轴转动θ角。如果绕 z 轴反向转动，则式中θ前面应加负号，即

 cos θ − sin θ 0

R = − sinθ cosθ 0

z，θ  0 0 1 

不难理解下列几种变换矩阵的物理意义：

1 0 0 

Rx，θ

=  0





cos θ

• sinθ

sinθ

cosθ

和

1 0 0 

Rx，−θ

以及

= 0





cosθ sinθ

• sinθ，

cosθ 

 cosθ 0 sin θ

R =  0 1 0 

^y，θ − sin θ 0 cosθ

和

cos θ 0 − sinθ

R =  0 1 0  。

y，−θ

sin θ 0

cosθ

1. 如果（x，y，z）坐标系平动到（x′，y′，z′）系，矢量 s

   表示平移矢量（sx，sy，sz），在（x，y，z）中的 P 点矢量为 r，在（x′，y

′，z′）中 P 点的矢量为 r′，显然有关系式：

r=s+r′或者 r′=r-s，

写成矩阵形式为：

x' x −s_x 

y' = y + −s  或写成：X'= X + T，

z'

z  y 

   

−s_z 

式中 T 表示式称为平移矩阵。注意平动是矩阵的相加，镜象和转动是矩阵的相乘。

假定实现一连串变换，例如平动 T1，接着转动 Rs,θ，再反映 Mx。可方便写出下列各表示式：

平动：X′1=X1+T1，

转动：X′2=Rs,θ·X2＝Rs,θ（X1+T■）， 反映：X′3=MiX3=Mi[Rs,θ（X1+T1）]。下面我们考虑伽利略变换，即平动变换

r'=r-s，

在 t=0 时，令两个坐标原点重合，然后让带撇的坐标系在不带撇坐标系中以恒定速度 V 移动，如图 2 所示，则有

s=Vt，r'=r-Vt，

写成分量形式，有

x' = x − vx ·t

y' = y − v



_y·t

z' = z − v z·t

t' = t，

x'

1 0 0

• vx x

   0 1 0

• vy y

y' =  0 0 1 − v

z 或者X' = Gl X，

z'



0 0 0 1

z  

t

  

上式即位置和时间的伽利略变换。对速度的变换

v'=v-V，

相当于 v′坐标的平动，它的矩阵形式为：

v'x 

vz 

−Vx 

v'

 = v

 + −V 

 y   y   y 

v'_z  v_x  −V_z 

或 d (X') =

at

d (X) + G 。

at ^v

上述表式是对速度的伽利略变换的定义。伽利略变换是物理系学生所熟知的，这里的目的不再重申变换的物理意义，而是根据矩阵表示法来定义变换。

洛伦兹变换在相对论物理学中是很基本的。假定不带撇的坐标是静止不动的，带撇的坐标以恒定速度 V 沿着 x 轴平行“运动”。定义β=V/c， 式中 c 是光速，再定义γ=（1-β2）-1/2，洛伦兹变换为

x' = γ (x − βct) = γx − γβct

y' = y

z' = z

t' = γ (t − β x) = γβ x + γt，

 c c

用矩阵表示可写为如下式子：

x' γ

0 0 − γβcx

y'

 0 1 0 0

y

  =  0 0 1 0  或X' = LX。

z'

 t ' 



 − γβ 0 0

c

z

γ   t 

测辐射热计（radiometer） 检测微小辐射能量的仪器，用于测量可见光、红外线、微波或激光的辐射能。它的原理与电阻温度计相似，只是更为精细。通常的测辐射热计是由惠斯通电桥构成的，电桥的两个臂是两条相同的薄铂条。当一桥臂的铂受辐射（小于 10-13 焦耳）照射时，使铂条电阻变化，引起电桥不平衡，由此测出辐射能。另一种半导体测辐射热计的桥臂是由一片粘在石英板上的半导体膜构成的光敏传感器。还有一种超导测辐射热计，是利用了硝酸银超导材料的薄膜，在低温（4K）时，在电导率由正常态向超导态过渡的过渡点附近其电阻随温度急剧变化的性能。这种测辐射热计灵敏度很高。

测高仪（altimeter） 测量物体高度的仪器。用于量测不能直接用米尺测量的物体，或者只能间接或分隔一定距离来测量的场合。例如毛细管内液体面的高度测量，就要用测高仪。测高仪是由望远镜和带刻度标尺的铁架子组合起来的仪器设备。望远镜中在目镜的焦点处，设有“+”叉丝， 用以与被测物的测量位置重合，读出标尺上的刻度值，当望远镜移到被测物的另一个测量位置并由叉丝与之重合时，又可读出另一刻度值，两值之差就是被测物两位置间的距离值。测高仪用于测“高”，说明测量架子中的标尺垂直于地球表面的水平面，所以又是物体的高度。在测量前先根据水准仪，调节测量架子的标尺垂直度，达到水准仪的气泡指示在任何方位都在中间规定的范围才能准确测量。测高仪的测量范围通常为 1.2～1.5 米，最小分度值为 0.1 毫米，并采用 10 等分游标，所以位置读数误差为

1. 毫米。

测量中的有利条件（advantageous condition inmeasurement） 是

提高实验精确度的重要方法。其实质就是对误差表示式或者表示式中的最大误差项求最小值的条件。根据误差有最小值的条件进行测量，可有效地提高实验的精确度。

例如，用电桥测量待测电阻的阻值，采用了如图所示的线路。由图可知：

R = R 2 ·R ，

R3

并且有关系式：R=R2+R3=常数，因此

Rx

Rx 的误差分配表示式为

= R − R3 ·R ，

R3

△R x

= △R +  1

1 

• △R

+ △R4

R R − R  R − R R  3 R

x 3  3 3  4

= △R +

R − R 3

R△R3

R3 ( R − R 3 )

• △R 4 。

R 4

在上面的表示式中，R4 的相对误差可选得足够小，由于 R＞R3，因

此 R△R3

R3 (R − R3 )

项是最大误差值。

适当选取 R3 值，使最大误差值减到最小，这就是测量中的有利条件。如果再仔细观察，发现求 R3（R-R3）的极大值，就是最大误差项的极小值条件。因此令 Z=R3（R-R3），不难求得，当 R2=R/2 时，Z 有极大值，Zmax=R2/4

（R3=R/2）。所以原 Rx 的表示式改为：

Rx = R4 ，R2 = R3 = R / 2，

△R _x = 2△R + 4△R₃ + △R₄

R x R R R4

= 2△R + 4△R3 + △R4 。

R R4

由上式可知，R 值足够大，△ R 和△R3 足够小，是提高电桥测量电阻精密度的关键。

注意：一旦 R2 与 R3 不是严格相等，会产生系统误差，其值可按下法进

行计算：

即R = R + △R，R = R − △R，所以

2 2 3 2

R = R2

R + △R

R = 2 ·R

x 4 R 4

2 △R

= R （1 + 2△R ）(1− 2△R ) ⁻¹

4

= R4

R R

(1 + 2△R )²

R

= R (1 + 4 △R + 4( △R) ² )

⁴ R R

所以

令 Rx0=R4，则

Rx = R4

(1 + 4 ·△R)。R

R4 = R

(1 + 4 ·△R)，

x 0 R

或者化成

Rx 0

= R x

(1−

4 ·△R) ，

R

因此 R x0 − R x

R x

= − 4 ·△R，

R

即待测电阻的准确度是 - 4· △R 。提高R的值会增加准确度。

R

层流（lamininarflow） 又称片流。流体质点不相互混杂、质点的迹线有条不紊、层次分明的流动。层流是粘滞流体的一种特性，沾滞性起着重要作用。在此种流动中，流体微粒的轨迹没有太大的不规则脉动，相邻两层流体之间只有分子相互作用引起的动量交换。

当雷诺数 Re 较小时，即流体密度、流速和物体长度都很小，或者流体粘滞系数很大时，出现层流。在毛细管中，流体的流动实际上都是层流。在正常的血液循环中，动脉中血液流动也是层流。实验表明，粘滞性很大的液体（如甘油等），在管中的流速即使比粘滞性低的液体（如水、酒精） 大得多，也还是层流，此时流体阻力与运动速度成正比。

层子模型（stratonmodel） 一种强子结构模型。1965 年由我国北京基本粒子理论组提出。该模型认为，物质结构有无限层次，并将质子、中子和π介子等层次上构成粒子的基本组分称为层子。该模型成功地解释了当时粒子物理的许多实验结果。层子模型所包含的一些观念，如层子不止3 种的观念，关于强子结构波函数的观念，层子在强子内部的运动可作非相对论近似处理的观念等，在其后的粒子物理学发展中都得到了证实，并渗透进了其后进一步建立起来的强子结构和强相互作用理论（如“部分子模型”、“量子色动力学”）之中。

差分（difference） 在物理学中，大量所遇到的问题是计算各种类型的连续集。但是数字计算机只能对连续集进行抽样，在所选的这些点上进行加工和计算。这就是与差分概念有密切关系的计算方法。下面简要地说明差分的数学概念。

设有一组点子（xi，yi），i=1，2，⋯，n，各个 x 值之间的差是常数， 则 yi 的一阶向后差分由下式定义：

yi=yi-yi-1

取一阶向后差分的差分就得到二阶向后差分，即

2yi= ( yi)= (yi-yi-1)= yi-△yi-1

=yi-yi-1-yi-1+yi-2

所以 2yi=yi-2yi-1+yi-2。

如果愿意，可以重复上述过程，得到高阶向后差分表式。yi 的一阶向前差分的定义是：

△yi=yi+1-yi，

同样可得到二阶向前差分

△2yi=yi+2-2yi+1+yi。yi 的一阶中心差分定义为：

δyi = y

₁ − y 1 。

i+ i−

2 2

yi 的二阶中心差分，即一阶中心差分的中心差分：

δ2yi=yi+1-2yi+yi+1。

上述 ，2，△，△2，δ和δ2 称为差分算子，为了便于采用，列出下面的差分算子表。

差分在许多计算中用到。

插值多项式（interpolation Polynomial） 已知在一组分立点上的函数分布情况，希望对各中间点的函数值作出最佳估计，这是一个很普遍的问题。实现这点的有效办法是利用插值多项式。多项式中最简单的是线性关系，即假设有两个点（xi，yi）和（xi+1，yi+1），插值多项式为

y=Ax+B，

为了求得常数 A 和 B，将两点的值代入，即

yi=Axi+B， yi+1=Axi+1+B，

解出 A 和 B 后，就可得出线性插值关系式：

A = y i+1 − yi ，△x = x

△x

i+1 − x1 ，

B = xi+1 ·yi − xi ·yi +1 ，

△x

y =  y_i+1 − y_i 

(x − x

) + y ，△x = x − x 。

 △x 

i i i+1 i

如果考虑三个点（xi-1，yi-1）、（xi，yi）、（xi+1，yi+1），用二次插值函数，即形式为：

y=A(x-xi)2+B(x-xi)+C，

同样设 xi+1-xi=xi-xi-1=△x，则可将三个点分别代入上述方程，得到三个联立方程，从而解出常数：

A = yi+1 − 2y i + y i−1

2△x ²

B = yi +1 − yi−1

2△

C=yi，

所以插值多项式为

y = [ yi+1 − 2y i + y i−1 ](x − x ) ² + [ yi +1 − yi−1 ](x − x

) + y 。

2△x ²

i 2△x i i

用这种方法可推广到 n 次插值多项式，对于 n 次多项式需要给定如下形式的 n 个点：

⋯，(xi-1，yi-1)，(xi，yi)(xi+1，yi+1)，⋯ 插值多项式的形式为：

y=A1xn-1+A2xn-2+⋯+An。

事实上，二次插值多项式有

y'' = 2A = yi+1 − 2y i + y i−1

△x²

A = y' 'i /2，B = y' ，C = yi 。

查德威克（JamesChadwick1891～1974） 英国物理学家。生于柴郡。1911 年毕业于曼彻斯特大学，后又在柏林大学和剑桥大学深造，获剑桥大学哲学博士学位。1923 年任卡文迪什实验室副研究主任，与卢瑟福一起工作。1935 年任利物浦大学教授。1948 年任剑桥大学冈维尔和凯厄斯学院院长。1927 年当选为英国皇家学会会员。

主要贡献是发现中子，获 1935 年诺贝尔物理学奖。早期从事放射性和核物理方面的研究，1914 年，在柏林大学时，第一次测得了放射性物质所产生的β辐射的连续能谱。1919 年，与卢瑟福合作，用氦第一次测到了核蜕变效应。1920 年，研究了α粒子在铂、银和铜核上的散射，直接测出了原子核的电荷。1932 年，发表了题为《中子可能存在》的论文。在此之前， 法国的约里奥—居里夫妇，用α粒子轰击铍，发现铍射线轰击石蜡和其他含氢物质时，石蜡中会放射出一种强质子流，由于当时错误地认为铍辐射是一种γ辐射，因而对这种质子流的放射现象难以解释。此事很快引起查德威克的注意，他在剑桥大学重复了同样的实验，敏锐地觉察到铍辐射不可能是γ辐射，而是电中性的粒子流，且粒子的质量等于质子的质量，其他物质的辐射也存在同样的情况，从而发现了中子的存在。铍辐射即是由铍射出的中子组成的，中子是原子核的组成部分。中子的发现，不仅改变了当时人们的物质结构的概念，同时还为研究和变革原子核提供了一种有力的手段，促进了核裂变研究工作的发展和原子能的利用。

查理（Jaques Alexandre César Charles 1746～1823） 法国物理学家。生于博让西。自学成才，曾任巴黎国立工艺学院实验物理学教授。1816 年任巴黎科学院院长。

主要贡献是研究了气体膨胀的规律。1787 年，确立了在体积不变时给定质量的理想气体的压强随温度变化的定律（被称为查理定律）。当时没有把它发表，而是在 1802 年盖-吕萨克发表的气体膨胀定律的论文中提到了查理的上述发现。1783 年，在蒙戈尔费兄弟制成热空气球之后不久，查理制成第一个充以氢气的气球，并且在这个气球上实现了飞行（距离为 27 英里）。这次飞行在巴黎引起很大的轰动，当时目睹这一盛况的富兰克林曾给朋友写了一篇热情的报导。查理还发明了一系列精巧的物理仪器，其中包括测温计、比重计、反射测角仪等。

查理定律（Charles law） 参见气体实验定律。

柴油机（diesel engine） 参见热机。

场（field） 物质存在的一种基本形式。指具有非定域的、弥散特征的物质。场是物理场，即相互作用场。它由没有静止质量的场量子组成， 并存在于整个空间，如电磁场、引力场等。场可以在同一空间内互相叠加。

最初场被看作是以太的特殊状态，后来由于狭义相对论否定了静止不动的以太的观念，因而场就被看成是物质存在的一种基本形态。场的物理性质可以用一些定义在全空间的量描述[如电磁场的性质可以用电场强度和磁场强度或用一个三维矢量势 A（x，t）和一个标量势ϕ（x，t）描述]， 这些场量是空间坐标和时间坐标的函数，它们随时间的变化描述场的运动。场观念的典型代表是电场和磁场，它们用麦克斯韦方程组描述，其中场量满足对空间坐标和时间坐标的偏微分方程，这是人们所发现的第一组场方程。最早用来描述自旋为 1/2 的相对论性粒子的方程是由狄拉克发现的。后来发现狄拉克方程既能用来描写电子又能描写正电子，实验上又发现了正负电子对可以转化为光子，光子转化为正负电子对的事实，这就导致提出电子也是场的这个概念。描写电子的狄拉克方程也就被看成是场方程。此后人们便用量子场论来描述场，并进一步对每一种基本粒子引进一种场，而把它们之间的相互作用看成是各种场之间的相互作用。

场观念本身体现出深刻的哲学思想。它是摆脱时间悖论的一种出路， 按照这种悖论的说法，过去已不存在、将来尚不存在、现在亦不存在，因为它的延伸恒等于零。而根据法拉第、麦克斯韦揭示的场观念却告诉人们：

①即使没有物体时，场也存在；②有了物体时，也就有了场；③从而完全有可能确定场的现时存在。场观念也为摆脱匀质空间悖论提供了一条出路，这种悖论把空间和物质混淆起来，它抹煞了个别物体同周围空间的区别，把它转化为虚无，取消了它的物理意义。而根据场观念，空间点亦即空间线的交叉，如果周围空间在物理上体现于这个点中，那么空间点就可以有物质的存在。作为物理实在的场的空间（有别于时间）的规定也就在这里。

场致发射（field-emission） 又称冷发射。某些物体表面在强电场作用下发射电子的现象。场致发射过程的机理与热发射、光电发射不同， 电子借助于量子隧道效应穿透表面势垒而逸出。场致发射不需要提高物体的温度，故称冷发射。但加热物体可加速场致发射，因物体温度升高，物体内的电子能量也增大，则电子穿透表面势垒的概率也增加。

场致发射的电子流密度与电场强度、发射体的材料及表面光滑程度有关。利用电子或离子的场致发射可制成场致电子（或离子）发射显微镜， 它不用透镜而直接将发射体尖端发射的电子投射到屏幕上，产生发射表面的放大图像，放大倍数可高达 100 万倍，分辨率可达 20×10-10m。利用这种显微镜可观察样品表面的单个原子，研究金属晶格缺陷及晶体表面的原子结构等。

超导电性（conductivity） 某些物质在一定温度以下呈现电阻等于零的性质。具有这种性质的物体称为超导体。

19 世纪热学理论的研究促使绝热膨胀等获得低温的技术得到了飞速发展。1908 年荷兰科学家昂尼斯首次成功地实现了氦的液化。在一个大气压下氦的沸点为 4.2K。他于是进一步在这一低温区考察了多种纯金属的电阻率。1911 年他发现汞（Hg）样品的电阻率突然降到零的现象，并将汞的这种性质称为超导电性。自那时以来，至今人们已发现在正常压力下有 28

种元素，约 5000 余种合金和化合物具有超导电性。

超导体的基本性质 超导体的基本性质主要表现为它的临界温度，以及它的零电阻性和完全抗磁性。

超导体由正常态转变为超导态的温度称为临界温度。各种超导元素的临界温度 Tc 都很低（＜10K），其中最高的是铌（Nb），Tc=9.26K；最低的是铑（Rb），Tc=0.0002K（外推值）。超导合金和化合物的临界温度高些，其中最高的是铌三锗（Nb3Ge），Tc=23.2K。除了临界温度外，超导体还存在临界磁场 Hc 和临界电流密度 Jc。

超导体最显著的特点是它的电阻为零。利用磁通量变化使由超导材料制作的环内产生感应电流。实验发现，这种电流会无衰减地持续很长时间。通过这类实验测得的样品铅的电阻率为室温的 1/1017。这表明超导体的电阻率确实为零。

完全抗磁性是超导体的另一个基本特性。材料处于超导态时，体内磁场恒等于零。这一性质由迈斯纳等人于 1933 年首先发现。所以超导体的这种排斥磁场线的现象又称为迈斯纳效应。

超导电性的理论 超导电性发现后，许多科学家作了长期努力，探索超导电性的机制，建立超导电性理论，解释超导电性的各种现象及其特性。超导电性理论的建立可以区分为两个阶段：唯象理论和微观量子理论（BCS 理论）。

“超导电性的两流体模型”是一种唯象理论。这个理论认为，超导体中有两类传导电子：正常电子和超导电子，前者与普遍金属中的导电电子相同，遵从欧姆定律；后者在运动时不受任何阻力。以后，人们又建立了“伦敦方程”（1935 年）和“京茨堡-朗道方程”（1950 年），并以这些方程来描述超导电子的运动规律，获得了一定的成功，预言了某些其后为实验所证实的超导现象。例如这些理论预言，磁场在超导体内部为零；但在超导体表面处，磁场将随深度按指数规律衰减，穿透深度λ的数量级约为 10-6cm。因此当超导体样品尺寸与λ可比拟时，它不再具有完全抗磁性。

1957 年建立的BCS 理论是目前公认的能够阐明超导电性产生的原因及其特性的微观理论。1950 年，物理学家弗罗利希利用当时刚刚建立并完善的量子场理论，发现金属中的电子交换声子（晶格振动能量量子）可产生吸引作用。1956 年，美国物理学家库珀从理论上预言，在费米面附近动量

相反自旋也相反的两个电子之间，这种弗罗利希作用特别强，甚至超过此时它们之间的库仑排斥作用，因此可能形成电子对——库珀对。第二年， 巴丁、库珀和施里弗利用库珀对观念建立了完整的超导量子理论。

金属电阻的起源可简单地解释如下：作定向移迁运动的电子受到晶格点阵的散射，这是一种使电子定向迁移运动趋于混乱的倾向，于是单位时间内通过导线横截面的电量将减小，电子的定向迁移运动显示出受到阻力。现在，弗罗利希相互作用表明，电子与晶格的相互作用在一定条件下不再引起电子的散射，而是形成库珀对，库珀对与晶格之间不再存在相互作用，它相当于超导电性两流体模型中的超导电子，因此它的运动将不受到任何阻力。这就是超导电性产生的原因。

两个动量和自旋都相反的电子形成库珀对后向外释放了结合能，因此其能量比两电子分离时低。费米面附近的电子两两配对后，将会改变原来电子能谱结构，结果在连续能带下面出现一单独能级，称为“超导基态”， 它代表结合成电子对的状态。超导基态与连续能带之间的间隔△称为超导体的“能隙”，其值与材料微观结构的性质以及温度等因素有关。在绝对零度时，费米面附近的电子全部结合成库珀对，此时△为最大；当温度稍升高时，由于热激发，一些库珀对解体而成单个电子，△将减小；当温度达到某个值 Tc 时，库珀对全部消失，△变为零，此时超导态便转变为正常态。Tc 就是超导体的转变温度。图 1 显示了超导体锡的能隙与温度 T 的函数关系，它表明了 BCS 理论的正确性。

弗罗利希吸引作用、库珀对和超导体能隙等都是处于晶格中的电子气系统的一种集体效应。根据不确定关系估计，库珀对中电子的距离约为 10-6 米，大约是晶体格距的 104 倍，能隙△约为 10-3eV。

■图 1 超导态能隙与温度的关系

高临界温度超导体 尽管迄今已发现数以千计的超导元素、合金和化合物，但是由于它们的临界温度都很低，需要使用技术复杂、成本昂贵的液态氦作为冷却剂，超导体的应用范围因此受到极大的限制。

1986 年，瑞士科学家贝德诺尔兹等人首先发现了一类氧化物超导体， 其临界温度达 30K。随后，美国、中国和日本的物理学家相继发现了这类超导体，临界温度达到 98K，甚至更高。过去发现的超导体主要是金属、合金或金属间的化合物，而新的高 Tc 超导体都是金属氧化物，如钇钡铜氧

（YBa2Cu3O7）、铋锶钙铜氧（Bi2Sr2CaCu2O7）。金属氧化物通常是半导体或绝缘体，因此人们很少想到它们中会出现超导体，而且具有如此高的转变温度。所以金属氧化物高温超导体的发现具有很重要的意义。

近些年来，高温超导的研究成了世界各国科学家的一个热门课题，主要包括三个方面：①进一步寻找高临界参数的超导新材料；②阐明高 Tc 氧化物超导体的物理机制；③开发新超导体的技术应用，如研制高 Tc 的高温氧化物超导实用线材或带材，发展制备高质量超导薄膜的技术，利用高温氧化物超导材料制造各种电子元件和器件等。

超导电性的应用 超导体的应用极为广泛，举例如下。

1. 超导磁体：利用合金（如 Nb-Ti、Nb-Zr）或金属化合物（如 Nb3Sn、V3Ca）等稳定而实用的超导材料制成的导线绕制的磁体，可以通强大的电流，产生很强的磁场，其值可达几万～几十万高斯。作为比较，若采用在

氢中退火的纯铁作为铁芯制作的电磁铁，由于铁磁材料的磁饱和特性，其磁场很难大于 2 万高斯；如果去掉铁芯，增大电流，则由于焦耳热损耗也很难获得有效的强磁场。超导磁体目前已广泛应用于高级实验设备、高能加速器、受控聚变反应实验等领域。

1. 超导列车：为了克服普通列车与轨道之间的摩擦力，最好使整个列车悬浮起来。通常可采用“磁悬浮”方式，如图 2 所示。在列车底部和 U 型轨道上设

■图 2 超导列车原理图

计一定数量的磁体，利用同性磁极相斥的道理，使整个车箱悬浮在轨道之上约 10cm 处。此外，在车箱和 U 型轨道侧面安装一系列磁体，并通过供电系统依次调整其极性，使列车始终受到向前推进力。超导列车的时速很容易达到每小时 300 千米以上。

1. 约瑟夫森结：又称超导隧道结。由中间被薄绝缘层（厚度约为 1nm） 隔开的两块超导体组成。超导电子由于量子力学隧道效应可以贯穿绝缘层。如果在两块超导体上加一直流电压 V，则在两超导体之间可产生振荡的超导电流，其频率与电压 V 成正比（ω=2eV/ η，其中 e 为电子电荷，

η=h/2π，h 为普朗克常数）。利用这种约瑟夫森效应可精确地测量常数e/ η或测量电压 V，还可制造各种电子元器件。约瑟夫森器件的反应速度快（例如，其开关速率小于 2×10-12 秒）；功耗小（仅为普通半导体器件的千分之一）；灵敏度高（例如对电流的分辨率为 10-9A，对电压为 10-15V， 对磁场为 10-11G）。约瑟夫森结已应用于制作电压标准，以及灵敏度和精确度都极高的磁强计、电流表、电压表、低温温度计等，还可用它制作微波和红外探测器。利用约瑟夫森结制造仪器和设备的技术目前已发展成为一门新的分支学科——超导结电子学。

超导量子干涉仪（superconducting quantum interference device） 简称 SQUID，是一种能测量微弱磁信号的极其灵敏的仪器。其主要应用在于：物理实验室中用来测量弱磁场、材料的磁化率等；在引力物理研究中用来探测引力波；在基本粒子研究中用来探寻磁单极子；在地球物理和地质研究中，可用它测量岩石矿样剩磁及磁化率，探测大地的磁场，从而为寻找地热和矿藏资源提供依据；在生物磁学方面用来测量心磁图、肺磁图、脑磁图、胎儿心磁图以及其他生物磁信号；在军事方面可作为核潜艇的低频通讯、导航以及用来探测敌人的潜艇活动等。

SQUID 的基本原理是建立在磁通量子化和约瑟夫森效应的基础上的。根据偏置电流的不同，分为直流和射频两类。直流 SQUID 器件的组成如图所示。它是包含有两个约瑟夫森结的超导环，结的两端连接直流电源。约瑟夫森结是一种超导器件，由两块超导体之间被一薄势垒层隔开而组成， 可由超导材料（例如铌）用制作半导体器件的工艺方法制得，一般称作 SIS 隧道结。实验发现，如果 SIS 隧道结的绝缘层厚度只有

■直流 SQUID 器件的组成图

1nm 左右，就会发生库珀对的隧道电流，这种电流是无阻的，即超导环中有电流流过，但 SIS 结两端无电压降落。实验还表明，绝缘层能够承受的无阻电流很小，一般是几十微安到几十毫安，超过了就会出现电压。这种在 SIS 结能通过很小的隧穿超流的现象称为超导隧道结的直流约瑟夫森效应，用 Ic 表示超导结的临界电流。1963 年罗威尔发现临界电流 Ic 和

磁场有关。当通过器件的电流超过临界电流 Ic 时，器件两端将出现电压。Ic 的数值对磁场特别敏感，并且是磁场的周期函数，它是通过环中磁通的变化而反映出来的，变化的周期恰好是一个磁通量子φ。因此，只要适当选择能产生略大于 Ic 的偏置电流的电压 V，就可以根据电压变化测量出环中磁通φ的变化。通过一个探测线圈把外磁场耦合到 SQUID 的超导环中， 就可以构成灵敏度极高的超导磁强计，它可以测量出 10-11 高斯的微弱磁场，仅相当于地磁场的一百亿分之一，比常规的磁强计灵敏度提高几个数量级。用 SQUID 还可以制作成灵敏度极高的超导磁梯度计、磁化率计、检流计和电压计。此外，用 SQUID 制作的噪声温度计可以测量极低（mK）的温度，灵敏度可达到 1μK。

由于 SQUID 的灵敏度高，因而促进了许多学科的发展，甚至催生出一些新的学科，例如生物磁学就是在 SQUID 出现之后得以发展的一门新兴学科。目前国外在脑磁方面应用多通道 SQUID 仪器，获得了丰富的成果。预期在特异功能、气功功能、癌症早期诊断方面，SQUID 有可能成为得力助手。SQUID 在其他方面也发挥了积极作用，如地球物理学、地质研究等。超晶格（superlattice） 一种人工制造的晶格结构。1969 年由日本

科学家江崎等人首先发明。用分子束外延方法使两种不同的半导体薄膜周期性地交替生长而成。每一次交替称为一个周期，约为几个到几十个原子层厚，超晶格结构通常有几个到几百个周期。超晶格具有非常好的界面质量，它的势垒形状和杂质分布可以根据需要来设计。现已研制出一批新型的微波器件和高速光电器件，如高电子迁移率晶体管、微波振荡管以及高灵敏度的霍尔器件等。此外，这种人工晶格的周期可控制到原子间距的精度，因此出现了许多天然晶体中未曾出现过的新的物理现象，即量子尺寸效应。超晶格的出现进一步证实了固体中的量子力学效应，也为进一步开展这方面的研究提供了条件。

超晶格制造中的两种异质材料，通常要求其晶格常数接近匹配，以避免由于失配而在界面形成缺陷。但近些年来的研究发现了一类所谓应变超晶格材料，只要失配在 10%以内就可完全被材料的弹性应力所调节，因此在超晶格界面上不产生失配位错。这样在材料的选用上可以不再受晶格匹配条件的限制，开辟了超晶格材料研究的一个新的领域。如由两种间接带隙材料 Si 和 SixGe1-x，GaP 和 GaAsP 做成的应变超晶格，通过子带的“折叠”可以使它具有直接带隙材料的特性，另外还有应变引起有效质量改变的特性等，在光学、电学特性的应用中具有很大的灵活性。

超距作用（action at a distance） 物理学史上对两个不相接触的物体间发生相互作用的一种观点。它认为两个不相接触的物体间存在直接的、瞬时的相互作用，不需要媒介，也不需要传递时间。它也是发生于牛顿学派与莱布尼兹学派间进行争论的一个内容，其实质是原子论与以太论的争论在引力传递机制问题上的反映。牛顿是主张原子论的，初看起来牛顿的引力定律似乎是支持超距作用观点的，但是牛顿本人并不赞成超距作用的解释。他在给本特利的一封著名的信中写道：“如果重力是物质内在固有的和本质的，以致一个物体可以通过真空而没有其他东西的中介，超距作用到另一个物体上，并且通过它们的作用或力可以经过真空从一物体传到另一物体上，对我来说是极其荒谬的，我相信没有一个在哲学上有思

考能力的人，会陷入这种谬论之中。”然而按照莱布尼兹学派的看法，牛顿的引力定律是以原子论为基础的，原子论的基本观点是原子和虚空，于是引力只能通过虚空而传递，也就是说，没有介质的引力传递是不合理的。相反，如果引力通过他们主张的介质或以太传递，则是正确的。所以按照他们的理解，认为两个不相接触的物体间的相互作用，不需要媒质而从一物体传到另一物体上，都称为超距作用，其目标显然是指向牛顿的。事实上牛顿从未直接或间接地提出引力定律是超距作用的观点和说法。

18 世纪时超距作用又成为牛顿学派与笛卡儿学派进行争论的一个焦点。当时法国的笛卡儿学派既反对超距作用，又不恰当地否认引力定律， 于是引起一些年轻的牛顿追随者起来捍卫牛顿的引力理论，并强烈反对笛卡儿的以太理论。随着验证引力定律所取得的巨大成功，而探索以太却未获得实际结果，再加上牛顿在力学领域的权威性，超距作用的思想得以流行开来，并为许多物理学家所接受，使超距作用的观点在物理学中占据了统治地位。

到了 19 世纪，随着电磁学的发展，英国物理学家法拉第指出超距作用是错误的。他认为不相接触的物体间的相互作用不是直接传递，而是通过中间的媒质以有限的速度传递的。这种形式的相互作用被称为媒递作用， 这是场的概念的起源。麦克斯韦电磁场理论的建立，赫兹验证电磁波实验的完成，使媒递作用的观点在物理学中明显占据了上风，而超距作用的观点在电磁学领域内为多数物理学家所扬弃。

超流动性（superfluidity） 见量子液体。

超声波（ultrasonic sound） 频率高于 20000 赫的不能引起人耳听觉的声波。其中频率高于 5×108 赫的超声波称为“特超声”。超声波的特点是：①波长短，近似作直线传播；②在固体和液体中传播时衰减远比电磁波小；③能量容易集中，可形成很大的声强，产生剧烈的振动，引起激震波、液体中的空化等作用；④其传播特性（如声速、声衰减等）与介质的各种性质密切有关。

超声波在工农业生产和医学卫生等方面有广泛的应用，大致可分为低功率和高功率两方面。在低功率方面有：①探伤与测厚。用超声波可无损地检验铸件中的砂眼、裂纹和有害杂质，并可精确测量工件厚度。②超声全息照相。③用超声波声呐探测水中鱼群和潜艇，或用于水下短距离通讯。

④在医学上用超声波扫描适宜于对软组织和胎儿进行检查。⑤利用其传播与介质有关的特性可制成超声波粘度计、超声波流量计等。在高功率方面有：①利用超声波引起的空化作用所产生的局部高温和高压，使不易混合的液体，如水与油混合在一起，使聚合物的巨大分子团破裂，使工件表面清洁，可用来洗涤餐具、衣服、消毒器皿；使原子点阵破裂，促进化学反应的速度。空化作用还可用来改进电镀铜板和光学玻璃的质量。②清除金属表面的氧化物以提高焊接质量，或使不易焊接的金属（如铝）能焊接在一起。③用于清除工厂废气中的悬浮物。④医学上可用于脑外科手术。

此外在基础研究领域也有重要应用。机械运动是最简单、最普遍的物质运动，它与其他形式的物质运动以及物质结构之间的关系非常密切。超声振动本身就是一种机械运动，因此超声方法也是研究物质结构的一个重要途径。它与电磁辐射及粒子轰击一起被列为研究物质微观结构和微观过程的三大重要手段。由于超声技术应用的发展和日趋重要，因而对超声波

的研究也变得愈来愈重要，已成为一门独立的学科——超声学。

超声波发生器（ultrasonic generator） 产生超声波的装置。它的原理与产生低频声波相同：使金属板、杆或空气柱（笛）受激发而发生机械振动，并把振动传达到四周的介质中去。机械振动的激发可以采用机械方法、热学方法、电动方法、磁致伸缩方法或压电方法。按种类大体分为两类：①机械型。它是利用高速气流或液流冲击金属簧片或空腔而产生超声波，把机械能转变为超声能。如旋笛，就是使高压气体在一高速旋转的圆盘上的气孔喷出而产生超声波的。②机电型。它是利用机电换能器把高频电能转换成超声能而产生超声波的。常用的有：压电式，即利用石英、钛酸钡等材料的压电效应制成压电式换能器；磁致伸缩式，即利用镍及镍合金（如镍铁合金、镍铜合金）等铁磁材料的磁致伸缩效应制成磁致伸缩式换能器。就实用意义来说，利用电的方法产生超声波的装置是主要的。超声成型（ultrasonicforming） 利用超声波在介质中传播时，使

介质发生某些物理变化（如温度升高、应力下降等）从而达到使介质成型的一种技术。它主要应用于冷拔金属材料和使塑料在模腔内就地熔融成型。

冷拔金属材料这种方法是在 50 年代Blaha 和Langenecker 在用锌单晶加超声振动作拉伸实现时发现的。由于超声振动使金属张应力下降从而“软化”来冷拔金属材料。其机理一般认为有两个方面：一是表面效应，山于超声振动而减少金属件与模具表面间的摩擦力；二是体积效应，包括叠加、锻击和冶金学效应，这一效应表现为金属塑性增加。

在塑料成型中，由于超声在塑料介质中传播时，塑料质点吸收超声能量而产生振动，因而温度升高，使塑料在模腔内成型。又由于在超声能作用下，树脂微粒受驱使而有高度的无规则运动，可以得到用常规方法难以得到的均匀混合物，因而具有比常规成型方法（如注射、挤出、压制、铸塑等）周期短、成本低、制品力学性能好、内应力低、形状稳定性高等优点，可广泛应用尺寸要求严格的精密部件及复合材料的成型。其缺点是由于超声振幅的限制，目前还不能成型超过 300 毫米的大型制品。

超声凝聚（ultrasonic agglomeration） 气体或液体中的悬浮物（尘埃、烟、雾等弥散物）受到适当能量的超声波作用时，会凝聚成较大颗粒而沉降的现象。工业上利用超声凝聚可去除悬浮粒子，这样既可防止空气污染，又可回收物质。例如烟囱中尘埃的超声处理，就是利用超声凝聚作用。要使极细微的尘埃沉降，一般来说十分困难，但利用超声凝聚却十分奏效，这对于防治工业硅肺等职业病也有很大意义。

超声探伤（ultrasonictesting） 以超声作为采集信息的手段，来发现材料或工件缺陷（内部的或外部的）的方法。根据超声波的原理可分为三种形式：穿透法（透过法）、反射法（回波法）和共振法。其实施形式一般分为主动式超声波探伤和被动式声发射检测。前者是基于超声波具有穿透性、一定的辐射指向性以及对所有介质都是“透明”的。正因为超声波具有以上特点，在用于材料的检测上，它就优越于其他波动。因此它可广泛应用于诸如反射探伤和测厚、水浸法探伤和加延迟块、隔热块探伤、对薄壳体芯体介质探伤和管道内的液体检测、作成声透镜进行聚焦探伤等方面。被动式声发射检测的根据是，被检材料在外部条件作用下，材料中的能量分布发生改变而部分能量以弹性波形式释放，释放的声信号含有反

映材料内部结构或缺陷性质和状态变化的信息。这一技术最早在地震学中应用，1950 年才用于金属方面的研究，1964 年研制成实用的声发射监视系统，并在固体火箭发动机壳体的水压实验中取得成功。

在超声探测中，也不是所有的检测结果和现象都能给出严格精确的理论分析，其理论的发展和超声检测技术的实际使用之间还存在一定的距离。目前，超声探伤形成了以下三个研究方向：可探性研究、准确性研究和高速性研究。微型计算机在超声探伤中起到越来越大的作用。目前超声探伤已成为工业、国防战线上保证产品的质量、确保安全的一种重要手段。

超声显微镜（ultrasonic microscope） 利用超声显示物体微细结构的一种声学成像装置。它是利用物体声学特性的差异，用声成像的方法来显示物体内部情况。当入射到物体上的声波经反射、折射、衍射或吸收后，这些声波因与物体相互作用而含有物体内部的信息，利用声波的某些物理效应把含有新信息的声波显示出来就实现了声成像。其装置包括两部分：造成声像的超声系统（由超声源、超声透镜等组成）和使声像变成可见像的装置。现代超声显微镜已使用频率高达 109 赫以上的特超声，其波长比可见光略短，分辨率比光学显微镜还高。它的突出优点是可以观察光学显微镜和电子显微镜难以观察的不透明物体的内部情况，对于生物组织切片或样品无需染色，观察及时；对于大规模集成电路，毋需损坏样品表面即可直接进行内层观察。但超声显微镜得到的像与光学显微镜得到的并不完全一致，两者可相互补充。

超声学（ultrasonics） 声学的一个分支。主要研究超声波的产生、接收和在媒质中传播的规律，以及超声波的各种效应和在国民经济中的应用。自 1883 年第一次制成超声气哨，开始对超声的研究以来，到了本世纪初，由于无线电电子学的发展，可利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器，以产生各种频率和强度的超声发生器。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律虽与可闻声波并无本质差别， 但超声在媒质传播时，由于与媒质的相互作用，会使媒质产生一系列物理与化学变化，出现一系列的力学、光学、电学和化学等超声效应，特别是它的非线性效应和声空化作用。近年来超声学的研究发展十分迅速，广泛应用于工农业生产、国防、医学、基础研究等各个领域，是一门应用性和边缘性很强的学科，同时它也是一门很年轻的学科，目前对超声应用的机理还未彻底了解，尚待深入研究。

超声诊断（ultrasonicdiagnosis） 利用超声反射原理来分析人体组织及脏器的结构、密度、大小、深度及其他有关的物理特性所构成的病理波型，从而对疾病作出诊断的技术。超声医学诊断吸收了工业上探伤的方法，其基本原理是利用超声波在穿过两种不同声阻抗的介质界面时，会产生反射和折射等现象，从而根据仪器记录的反射波诊断疾病状况。最早将超声应用于医学诊断，并试图首次制作人体声像的是德国的杜西莱。1942 年他用超声束“照射”人体，然后测出通过人体的超声束强度。50 年代初， 美国的威尔德和霍里首次成功地在临床情况下应用超声技术诊断脑部损伤。现在超声探测应用于临床的范围有了明显的扩大，如可以利用超声确定眼睛的体积和水晶体的位置；可以确定胆囊结石的位置；可以帮助外科医生在心脏手术时，观察位于心室和心房之间二尖瓣的功能等。随着科技的进步，新型的超声诊断仪不断问世，常用的有 A 型超声诊断仪（利用幅

度调制）、B 型超声诊断仪（利用辉度调制）、M 型超声心动图仪、超声多普勒仪等。目前 B 型超声诊断仪应用最广泛，能显示肿物或病变的大小、范围和性质；能显示病变与周围组织或脏器之间的关系；能将显示屏上的图像记录储存。至今 B 型超声技术已发展到第四代，即将计算机与超声设备联接，产生了数字式超声图像。超声诊断操作简单、无损伤，是一种重要的诊断技术，它对疾病的早期诊断，对复杂疾病的正确诊断具有重要意义。

超声治疗（ultrasonic therapy） 利用超声波的能量改变生物组织的结构、状态或功能，从而治疗某些疾病的一种方法。超声治疗包括超声理疗和超声手术两个方面。

超声理疗是利用强度较低的超声波（每平方厘米数瓦以下）的热效应、机械效应等，用聚焦或非聚焦束对疾病部位进行“加热”和机械刺激，来治疗某些疾病。它主要包括超声按摩、超声针灸及超声热疗。超声按摩、针灸对于治疗某些皮肤病、坐骨神经痛和某些神经疾病、脑血栓及促进伤口愈合和囊肿的吸收等都有较好的效果。超声热疗治癌的尝试已进行了数十年，实验表明，用聚焦超声对体表及体内深部的癌肿加温至 42～43℃左右，配合化疗和放射性疗法，可有效地抑制癌细胞的生长，直至杀死癌细胞，而正常组织则不受影响。但因不同癌细胞对热疗的反应不同，目前尚未找到规律，对治疗机理尚缺乏了解，加之体内温度的精确测定问题尚未解决，因而，超声治癌目前还不能在临床普及应用。

超声手术主要有超声碎石和超声手术刀的应用两种。超声碎石主要是利用聚焦的高强度（数十至数百瓦每平方厘米）声波的空化作用以及机械效应使体内的结石碎裂，从而自行排出体外。目前，超声粉碎肾结石和膀胱结石已在临床有较多的应用。超声手术刀主要是将超声聚焦于刀端，通过刀的强烈振动打碎某些软组织如肝组织、脑组织等。这种手术刀主要用于肝或脑组织内肿瘤的切除等。手术中，打碎的组织碎屑则随时被冲洗并吸出。这种手术刀目前已在脑外科、肝外科手术中得到较多的应用。

超声治疗的研究工作始于本世纪 30 年代，于 50 年代十分活跃，后来由于技术上的原因以及由于超声生物效应的复杂性和对其机理及影响因素的基础研究不足，一些研究结果又互相矛盾而一度冷落；近一、二十年来， 随着基础研究的逐渐深入和某些治疗效果得到肯定，超声治疗的研究又活跃起来，预计将有很好的发展前景。

超外差接收机（superheterodynereceiver） 利用外差原理完成接收过程的无线电接收机。外差原理是超外差收音机、电视接收机和其他接收机赖以工作的基本原理。当两种不同频率的交变电流在非线性器件中进行混频时，会产生出两种新频率的交流电流，它们分别等于两个输入频率的和与差。在超外差接收机中，通常仅利用差频，把它作为中频放大器的输入。外差原理使我们可以把很宽范围的不同输入频率变换为预定的较低的中频值，从而在这一中频上进行更有效的放大。对于超外差收音机，中频值通常取 465 千赫。对于超外差调频接收机，标准的中频值为 10.7 兆赫。

对于我国的电视接收机，视频信号中频值通常为 37 兆赫，声音信号的中频

值为 30.5 兆赫。在超外差接收机中，中频信号经过放大以后，由检波器（调频接收器中称鉴频器）进行解调，以得到所需的声频输出信号。

■天线输入回路变频器混频器本机振荡中放检波低放

■图 1 超外差调幅接收机

■图 2 超外差调频接收机

在电视和雷达接收机中，也采用类似的电路安排以便得到所需的视频输出信号。图 1 和图 2 表示超外差式调幅接收机和调频接收机的基本结构。图中 AFC 为自动频率控制电路。

潮汐（tides） 由于月球和太阳的引力作用，引起海面水位周期性涨落的现象。白天为潮，夜晚为汐。多数海区，每昼夜涨落潮约为两次， 少数地区出现一日一次。潮汐产生的主要原因在于月球对地球的引潮力。地球和月球以万有引力相互吸引，两者都围绕共同质心作圆周运动。因而， 地球上任一质点既受月球引力作用，又受地球绕质心运动时的惯性离心力作用。图(a)中是月球对地球上几个典型位置上的质点的引力。根据万有引力定律，月球对地球上每一质点的引力，其方向指向月心，而引力大小与月心和质点间距离的平方成反比。图中 A 点比 B 点离月球较近，因此，月球对 A 点的引力大于对 B 点的引力。月球对地球的引力可以用月球对地心的恒定引力与地球上随地点而变的

• (a)(b)月球的引潮力

小的引力差值（图 b）的矢量和表示。这个小的引力差值就是月球的引潮力。较大的恒定引力完全被地球绕地—月系统质心作轨道运动的离心力平衡，在潮汐现象中不起作用。潮汐产生的原因还在于太阳对地球的引潮力，以及地球的自转和公转等，这些因素综合作用的结果，使地球表面同一地点的海面水位周期性起伏。阴历朔（初一前后）望（十五前后）， 日、月、地球三者几乎在同一直线上，此时引力最大，涨潮最高，落潮最低，称为大潮。上弦（初八、初九）和下弦（廿二、廿三），分别出现最低的高潮位和最高的低潮位，称为小潮。以海平面为起算基面，确定水面周期性升降的高程称为潮位。固体地球在日、月引潮力作用下引起的弹性、塑性周期性形变，称为地球潮汐或固体潮汐。

城市形态遥感（remotesensingofurbanmor-phology） 遥感技术用于探测、研究城市布局的空间结构和形式，城市用地的外部几何形态，城市的土地利用布局等。利用遥感遥测可以迅速而又全面、重复地对城市形态进行普查，如美国于 1970 年利用高空飞机和地球轨道卫星摄影的优点对城市土地利用情况进行了普查，所采用的遥感技术是多光谱摄影，所获得的遥感资料是彩色红外胶片，这类胶片还特别适宜于在城镇上空摄影，因为它对霾层有很高的透过率，能清晰地区分植被与其他特征。航空摄影也适宜于研究交通运输网，如道路规划、停车场地评定等。利用城市形态遥感资料可对城市形态作全面规划及改进工作。

■充磁机示意图

充磁（magnetize） 使铁磁质获得或增强磁性的过程。充磁一般在充磁机上进行，充磁机如图所示。将待充磁的磁铁放置在电磁体铁芯的开口处。开口铁芯由电工纯铁制成，套有两组线圈。

充磁时，线圈中通以直流电流，使两级间产生强大的磁场，使磁铁进一步磁化而被充磁。断开电源后磁铁即可获得所需要的剩磁。有些仪表表头由于磁铁磁性减弱而使灵敏度降低，就必须给磁铁充磁。

冲击摆（ballisticpendulum） 测量水平速射物体速度的一种实验装置。常用来测量子弹的速度。由一块质量较大的木块或砂箱被两根细绳

吊住，构成一摆动装置，如图所示。若碰撞时间（速射物体从开始射入摆锤到相对于摆锤的速度减少到零的时间）与摆的摆动周期相比很小，则可以认为在碰撞过程中摆锤始终处于平衡位置。在碰撞时间内，摆和入射物体不受水平外力作用，因而水平动量守恒。由动量守恒可求得入射物体的速度 v 为

v = m + M

m

2gh，

其中 m 为入射物体的质量，M 为摆锤质量，h 是由于

■

冲击摆入射物体与摆锤的非弹性碰撞而使摆锤与嵌入其中的入射物体摆动的最大高度。根据上式，可以通过测量 m、M 和 h 来决定 v。

冲力（impulsiveforce） 在碰撞或打击过程中，物体间先突然增大而后迅速消失的力。冲力的特点是作用时间极短，但量值可以达到很大， 以至在这段极短时间中的冲量仍保持为有限值，也就是，冲量的量值远大于冲力作用的时间量值，而远小于冲力本身的最大量值。由于在冲力作用的极短时间内，其他外力（如摩擦力和重力）的冲量很小，因而可以忽略不计。

冲量（impulse） 力在时间过程中的积累效应的量度。即力与它的作用时间的乘积。若力 F 是常矢量，它在时间（t1 ，t2 ）中的冲量为I=F(t2-t1)。若力 F 随时间变化，它在时间（t1，t2）中的冲量为

I = t 2 F(t)dt。冲量可以改变质点或物体的动量。由于冲量只与质点

t1

或物体在冲量作用时间始末时刻的动量差有关，而与这段时间中作用力的变化和运动过程的变化无关，因而在研究作用时间很短、运动状态发生显著变化的过程时，例如碰撞等问题时，特别有用。这是因为我们并不需要， 同时也很难测定在极短时间过程中运动状态变化的细节，真正需要了解的是在这一极短时间始末运动量的改变量。冲量的量纲与动量的量纲相同， 为 LMT-1，其中 SI 单位为千克·米/秒。

臭氧层空洞（ozone hole） 极地上空平流层中的臭氧含量明显减少因而在整个大气臭氧层中好像出现了一个空洞的现象。

1985 年 5 月英国南极探险科学家乔·法曼首先提出南极出现臭氧空洞，即每年春季（9、10 月份）在南极正上空大约 12～20 公里高度处，大气臭氧层中的臭氧含量明显下降。然而，从 11 月份起臭氧浓度又开始回

升。后来，美、日等国科学家均有类似的报告结论。如 1987 年 10 月、1989

年 10 月在南极上空测得平流层臭氧的含量均为 1979 年 10 月的一半左右，

臭氧层空洞的范围约在 1000 万平方英里。观察表明，空洞的周围有高浓度臭氧的极气旋。空洞本身还有分层现象，有些层臭氧消耗较多，有些较少。臭氧层空洞现象后来在北极附近也被发现，臭氧含量的最低值发生在每年的 2 月份。

臭氧层空洞的发现表明大气臭氧层正在遭到破坏，到达地球表面的紫外辐射将增加，这对于人类、生物和气候都将带来不利的影响。目前探讨臭氧层空洞的形成原因及如何保护臭氧层等问题已成为全球环境保护的重要内容之一。

南极臭氧层空洞形成原因有多种解释。它们分别从大气动力学、大气

化学等不同方面并结合实地测量而被提出。①从大气动力学观点看，在南极地区，由于陆地的范围大以及陆海对比度明显，在南极上空容易形成相对稳定的极气旋。每当春季来临时，随着吸收太阳辐射的增加，极气旋的热量也剧增，气旋内受热的空气上升，减少了臭氧浓度，因而形成臭氧层空洞。②大气化学说认为，臭氧是被含氟氯烃类物质及 NO、NO2 所消耗。这种长寿命的氟氯烃类物质通过紫外辐射的光解作用产生大量氯原子，氯原子和臭氧很容易发生反应，于是就破坏了臭氧层。以后的研究又发现 HCl 和 ClONO2 这两种物质发生反应会生成氯气和硝酸，氯气被光解后即生成氯原子。这种氯原子同样会与臭氧发生反应，因而破坏了臭氧层。

南极冬春季的平流层云为 Cl、ClO、HCl 和 ClONO2 之间达到快速平衡

提供了条件。但是，对南极臭氧层空洞大量的测量数据表明：臭氧空洞的形成需从化学机制及气象过程两方面来说明。

大气平流层底部的臭氧层对于保护地球生命免受太阳紫外辐射的污染起着关键作用。它能吸收 240～320 纳米的紫外辐射，这些辐射可以使单细胞有机体（海藻、微生物、原生动物等）和高等动植物的体表细胞死亡， 也能损伤细胞的基因物质（DNA）以及引起人的皮肤晒斑，皮肤癌的发生也与紫外辐射的照射强度有关。

臭氧因吸收太阳紫外辐射、可见辐射及热红外辐射（λ≈9.6 微米） 而使上层大气变热，使得对流层顶和平流层顶的温度稳定地分别维持在220K 和 280K。这种臭氧加热为平流层上层和中间层的环流驱动提供了主要的能源。所以上层臭氧层的破坏会直接、间接地影响全球的气候。

为避免破坏臭氧层，有些国家已首先限制除必要设备必需以外的含氟氯烃类化合物如氟里昂的使用，至今已逐步发展成世界范围内的共同行动。1987 年 9 月，23 个国家的代表在加拿大蒙特利尔签订了一项议定书， 其中具体规定了限制和减少氟氯烃使用的计划和要求。为加速消减氟氯烃的使用，保护全球的臭氧层，1989 年 5 月又有 80 多个国家共同发表了《赫尔辛基宣言》。

触发器（trigger） 在外加信号触发下能转换工作状态的电路。通常用触发器的输出电压表明其工作状态。触发器分为两类：①双稳态触发器：它有两个稳定的工作状态。在外加信号触发下电路可从一种稳定的工作状态转换到另一种稳定的工作状态。双稳态触发器可用来构成各种计数器、分频器和寄存器等。②单稳态触发器：它有一个稳定的工作状态和一个暂时稳定的工作状态。无外加信号触发时，触发器处于稳定的工作状态， 在受外加信号触发后，触发器从稳定的工作状态转换到暂时稳定的工作状态，经过短暂时间后，自动返回到原来的稳定工作状态。单稳态触发器可用于脉冲整形和脉冲延时。

基本的触发电路有 R—S 触发器、T 触发器、D 触发器和 J—K 触发器等， 下表列出了基本触发器的逻辑符号和真值表。

■各种触发器的逻辑符号和真值表

各种触发器均可由分立元件构成，也可由集成电路来实现。随着集成电路技术的发展，集成触发器的品种逐渐增加，性能优良，其应用将日益广泛。

传感器技术（transducertechnique） 传感器研究、开发和应用技

术。与信息检测、材料科学、加工制造等学科技术密切相关。通俗说来， 传感器就是用人工方法制造的能感知外界信息的人造器官。在发展早期， 它的含义较广，将水银温度计、气压表及湿度计等都包含在内。1959 年莱昂提出传感器的输出信号必须是电信号的主张，获得了人们普遍承认。因此，传感器按工作原理来说就是按一定规律将各种被检测量转换成便于处理的电学量的器件。

自然界的条件是千变万化的，外界的信息是多种多样的，实际要测量和控制的对象也是五花八门的。同时这些被测量绝大多数是非电量，这些非电量信息即使能被检测，也难以放大、处理和传输。因此，传感器首先将这些信息都转换成电信号，然后再通过电子线路将电信号进行处理放大，最后用仪表指示或用显示器显示，或者通过计算机对某些设备进行控制。各种传感器的工作原理可以千差万别，但其结构却均可分为两部分： 敏感元件和处理电路。如图所示，

信息输入

传感器结构原理图

敏感元件执行传感功能，将非电量信息转换为电信息；处理电路对敏感元件输出的电信息进行处理。

传感器技术涉及的面很广。例如：①传感器原理的选择。同一个被测对象往往可以采用不同工作原理的传感器来进行检测，这就有一个传感原理的选择问题，当然也包括新的传感原理的探索和基于新传感原理的新型传感器的开发问题。②传感器材料问题。制造传感器的“敏感”材料是传感器技术的物质基础。人们最早应用的敏感材料是半导体类型材料，以后陆续出现了如记忆合金、非晶态半导体、快离子导体、压电陶瓷、功能高分子材料、光学玻璃纤维、超导材料等。③传感器制造工艺。它要求先进的、高精度加工和组装技术。目前的传感器已朝着微型化、集成化、多功能和智能化方面发展。所谓传感器智能化，就是指在一块芯片上，除了制作若干个传感器之外，还要把信号处理电路也集成在上面，构成“信息型传感器”。

传感器种类繁多。根据传感器感知外界信息的原理，可以将其分为三类：①物理传感器——基于物理效应（如光、电、声、磁、热等）进行的传感器；②化学传感器—基于化学反应（如化学吸附、选择性化学反应等） 进行工作的传感器；③生物传感器——基于酶、抗体、激素等分子识别功能的传感器。根据传感器感知对象的不同可以分为温度、湿度、压力等传感器。也可按其使用的敏感材料来分类，如半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器等。

随着科学技术的迅猛发展，特别是微型计算机的广泛应用，机—电— 仪一体化日益明显，传感器技术显得越来越重要。

传声器（microphone） 旧称微音器，通常称话筒或麦克风（英文的音译），将声信号转换成相应电信号的器件。广泛用于广播、录音和扩音

设备中。传声器的主要性能指标有：灵敏度、频率响应、指向性、失真系数、输出阻抗、动态范围等。按不同的构造和工作原理可分为压电式、电动式、炭粒式和电容式（包括驻极体）等数种。压电传声器是靠具有压电性质的晶体变形产生电动势的传声器；电动传声器是利用导体在磁场中运动而产生输出的传声器；炭粒传声器是靠炭粒间接触电阻的变化而起换能作用的传声器；电容传声器是靠电容变化工作的传声器。不同场合使用不同类型的传声器，要求的特性也不完全相同。

传真（facsimile） 用有线或无线电传送固定图像的收发系统。图像或有关的复制品通常的形式有照片、手迹、地图或图纸等。传真可以利用电报、电话线路实现，也可用专线实现，但前者价廉实用。传真的原理如下图所示。光源将文件照明，传真扫描器把复制件分成许多小点或像素， 并有次序地将各点的光强通过光敏元件转换为图像电信号，经调制（调幅或调频）后信号依靠

传真原理方块图

宽带输出设备，通过有线或无线电传送至用户的接收装置，信号经放大、解调后复原为图像电信号，该信号送入传真记录器，按传真扫描器转换时的次序，重新复制文件。

电话传真是新闻报导和文件传真中使用最广的传真方式。它是利用普通的电话线路实现的图像信息收发系统。因为它不必采用专用线路，所以价廉实用。电话传真只需配一微型传真机，就可使电话线路不仅能通话， 而且能进行文件和图片的传真。

目前，传真应用极广，发生在报纸发行地区以外的新闻事件的照片， 都是用传真发送的。有些国家的远地城市的整版报纸，也是由传真发送的版印刷的。铁路上应用高速传真（每分钟几页）来传送运输单。

串行接口（serialinterface） 在微机中指的是异步通讯接口适配器，这是一种通讯接口的大规模集成电路。其结构由发送和接收两部分组成。发送部分能接收与寄存由 CPU 并行送出的数据，通过移位寄存器变为串行并添加一个起始位、奇偶校验位及规定的停止位，由一条数据线发送。接收部分把接收到的数据，去掉起始位、停止位，检查有无奇偶错误，有无帧错误，然后把接收的字符经过移位寄存器转变为并行以后，送至接收数据寄存器，以便由 CPU 用输入指令取走数据。

此外，接口片中还要有控制部分，CPU 通过它除了实现片内的控制以外，还向外部设备发出控制命令，同时把外部设备的状态，通过它传送给CPU。

接口片的功能可以通过软件编程来选择和确定。确定的内容主要有： 传送的波特率；字符格式；时钟脉冲周期与数据位周期的比例系数 K；同步还是非同步（即异步）传送；命令和状态位的确定。

创造能力（creativity） 符合创造活动要求的某些能力的结合。集

中表现为在不同活动领域（图形的、符号的、语义的、行为的）内的发散性思维能力。具有创造能力的人，善于根据一定的目的、任务进行求异思维，善于在头脑中构造出各种新形象，善于独立解决各种新问题。心理研究认为智力与创造力在一定范围内相关性是低的，它们是既有联系又不完全相同的两种能力。创造性认知的主要特点是：①流畅性——短时间回答许多问题时思考速度快；②灵活性——能用广泛的观点进行思考，能提出丰富的假设和机灵的推测；③感受性——对缺欠、必要、异样情况加以注意的敏感性；④独创性想到别人没想到的事情，根据直觉，大胆、迅速地对问题的本质作出试验性结论。

跟模仿相对立，只有在求异思维中才能更好地培养创造性。物理教学中应鼓励和启发学生敢于猜测和设想，敢于发问和大胆提出自己的见解。纯音（Pure tone） 物体振动时只发出一种频率的声音。即指瞬时

值为一简单的正弦时间函数的声波，或指具有单一的音调。音叉的声音非常单纯，每秒振动 500 次的音叉，受小槌敲击后，就只发出频率为 500 赫的声音。通常用音叉来校音。

磁（magnet） 起源于电荷运动的物质属性或存在方式。电荷在静止时，只能与其他电荷间有电场力作用。但在运动的电荷之间，就不仅有电场力作用，还会有磁场力作用。因此，磁可以看作是电荷的一种运动效应。

人类对磁的认识经历了长期的发展过程。我国对磁的认识较早。在古代文字记载中，称磁石为“慈石”，意为铁的“慈母”，说明当时早已发现磁石吸铁的现象。在战国时代已有用天然磁铁矿石琢磨成的指南器械， 称为“司南”。最早的记载见于《韩非子·有度》篇，其著作年代约在公元前 3 世纪。这是我国古代劳动人民的四大发明之一。到了 11 世纪的北宋

年代，指南针开始用于海船的引航。西方关于磁的记载最早始于公元前 5

世纪左右。磁石长期被当作护身符或馈赠珍玩。指南针在我国发明 1000 多年以后，才开始传入欧洲。15 世纪西方进入自然科学新的发展时期以后，磁现象仍然被看作是与电现象无关的。直到 1820 年，奥斯特通过实验揭示了电流的磁效应。在这一发现的基础上，法国物理学家安培提出了分子电流假说，认为一切磁现象的根源在于电荷的运动。至此，人类对磁现象的认识进入了一个新的阶段。

磁体 也称“磁铁”。具有磁性的物体。天然磁体通称为“磁石”， 人造磁体往往有不同的名称。常对磁体作如下分类：①永磁体能较长期地保持磁性的物体。天然磁体是以 Fe3O4 为主要成分的矿石构成的永磁体， 其磁性可长久保持，但一般较弱。人造永磁体则是由硬磁材料经磁化后获得，常制成条形、马蹄形、柱形等，应用于各种电表、扬声器、拾音器、耳机、永磁发电机等器件和装置中。优质人造永磁体可在气隙中产生高达0.7T 的磁场。②电磁铁。利用电流的磁效应使铁芯磁化而获得较强磁性的装置，由软磁材料制作的铁芯和励磁线圈组成。当线圈中通有电流时，铁芯被磁化而产生磁场；电流切断后，磁场亦随之消失。小型电磁铁根据铁芯材料不同，可用于继电器、接触器、振荡器等各种电工、无线电设备中。大型电磁铁则应用于起重、选矿设备以及电磁制动器等，其磁极附近的磁场强度可达 1.8T 左右。③超导磁体。用超导材料绕制成的通电线圈。磁极附近可产生高达 10T 的磁场。在这样强的磁场下，铁磁质早已出现磁性饱和（参见磁滞回线），故不能再采用铁芯。超导磁体现已应用于高能加速

器、磁流体发电、探测器等装置以及磁悬浮列车、超导电机、受控核聚变等研究中。④生物磁体。生物体内的磁结构。人们早就在注意磁的生物效应。1975 年一位美国研究人员发现一种厌氧细菌，其体内有 20～50 个可以分开的小磁体组成的磁链。由于南北半球地磁场磁场线倾斜方向不同， 两半球的这种细菌体内磁链的极性也正好反向，保证了在地磁场的作用下游向水底淤泥，而避开水表富氧层。这是人类第一次可重复地证实生物磁体存在的例证，相继的研究正在深入。

磁极 磁体上磁性最强的部分。针形、条形、马蹄形磁体的磁极都位于两端处。在水平面内自由转动的磁针或条形磁体，在地磁场中静止时大致呈南北方向，指北的一极称磁北极或 N 极，指南的一极称磁南极或 S 极。磁体的同名极相斥，异名极相吸。任何磁体的南、北两极总是成对出现， 而且强度相同，两极共存构成磁体，即使切割开来仍然如此，这是磁现象的一个基本特点。现代量子理论认为，在微观领域中可能有单独磁极存在， 这种仅具单独磁极的粒子称磁单极子。但迄今尚未观察到这种磁单极子。

磁性 某些物质所具有的能激发磁场、并在磁场中受到力作用的属性。自然界中许多物质都呈现出磁性，有些物质如铁、钴、镍以及它们的合金和氧化物能呈现出很强的磁性（铁磁性）。现代技术已能使某些物质获得极强的磁性。近代物理学理论认为，组成物质的原子中，电子绕原子核运动具有轨道磁矩，原子核和电子、质子等基本粒子还存在自旋磁矩。它们是物质磁性的起源。通常由于热运动，上述磁矩的取向混乱，大多数物质在宏观上不呈现磁性。但某些物质由于自然的或人工的原因使上述磁矩出现有序性排列时，这些物质便呈现出宏观尺度上的磁性。有序程度越高，物质的磁性就越强。

磁学 研究物质磁性及其应用的学科。从安培分子电流假说开始，物理学便试图从微观结构上阐明物质的磁性。统计物理学和洛伦兹的电子论先后作出了重要贡献。以这两种物理理论为基础，经典物理学在说明物质的抗磁性、顺磁性和铁磁性方面取得了一定成功，形成了相对独立的磁学理论。但由于物质磁性起源于物质内部电子和核子的运动，这种运动都服从量子规律，经典物理的磁学研究不可能不存在种种缺陷。本世纪 20 年代以后形成的量子理论，弥补了以往磁学的缺陷，为揭示物质磁性的微观机理作了更深入的探索。由于研究的深入，目前磁学已从电磁学中分离出来， 成为一门独立的学科。

磁场（magnetic field） 传递运动电荷或电流之间相互作用的物理场。它是由电流、运动电荷、磁体或变化的电场在周围空间所产生的一种特殊形态的物质。这种物质与实物物质的最大区别在于其空间叠加性，即几个电流（或运动电荷、磁体等）所产生的磁场可以同时占据同一空间。另一方面，磁场也具有与实物物质相同的某些属性，如质量（指动质量）、能量、动量等。

磁场的基本特征是，对引入场中的运动电荷或载流导体有磁力作用， 且当载流导体在场内移动时，磁力可对之作功。

描述磁场的基本物理量是磁感应强度，并常用磁场线（或称磁感应线） 形象地描述磁场。任何磁场的磁场线都是一些无头无尾的闭合回线，表明磁场的属性与静电场不同，在理论研究中称它为无源有旋非势场。按照分布的空间、时间特性，常对磁场作如下分类。

1. 匀强磁常空间各点场的强弱和方向都相同的磁场。其磁场线是一组平行且等距离排列的直线。这种磁场一般仅能在一定的空间范围内存在， 如载流直螺线管内部中央区域，大型磁铁相对两极之间的中央区域等。

2. 非匀强磁常空间各点场的强弱和方向不相同的磁场。其磁场线在空间的疏密和走向也不相同。实际的磁场一般都是非匀强磁场。

3. 静磁常亦称稳恒磁常强弱和方向都不随时间变化的磁场。由稳恒电流或静止磁体所产生。

4. 交变磁常强弱和方向均随时间作周期性变化的磁场。由交变电流、振荡的电荷或磁体所产生。

5. 脉动磁常仅强弱变化而方向不变的磁常常见于电工、无线电、计算机以及自动控制等技术中。某些星体的磁场也具有脉动性。

人类对磁现象的早期认识都是和磁石、铁磁质等实物相联系的。19 世纪初叶，电流磁效应的发现为统一的电磁学研究开辟了道路。后来，英国物理学家法拉第建立了场的观念，改变了以往关于电力、磁力等都是“超距力”的看法，对电磁学的发展起了巨大的推动作用。麦克斯韦进一步发展了法拉第的场观点，建立了统一的电磁场理论。特别是他关于电磁波的预言以及后来电磁波的发现，进一步确证了磁场和电场一样，都是统一的电磁场的一个方面。

在自然界中，磁场是一种广泛的物质存在。各种天体和地球一样都在产生磁场，星际空间中也都存在着强度极不相同的磁场。磁场和电场一样， 是各种微观运动的基础。对于各种生物，磁场也伴随生命过程而存在。例如，人体的某些组织和器官，都由于生命活动而产生磁场，虽然极其微弱， 但却十分重要。许多动物和植物，甚至连一些细菌体内，都发现有磁结构。在现代的人类世界中，电磁场以及各种相应的电磁技术更是渗透到科学技术、工农业生产以及人们日常生活的各个方面。

磁场高斯定理（Gauss theorem of magnetic field） 描述磁场性质的定理之一。磁场中通过任意闭合曲面的磁通量恒为零，即

∮B·dS=0。

由于任意磁场的磁场线都是无头无尾的闭合回线，这样的磁场线如果从某闭曲面上的某点处穿入，则必然从另一点处穿出，这个定理的正确性是显而易见的。此式说明，磁场中既不存在发出磁场线的“源头”，也不存在吸入磁场线的“尾闾”，这表明，自然界中不存在与自由电荷相当的“自由磁荷”。在理论上，即称磁场为无源场或无散场。

磁场能量（energyof magneticfield） 简称“磁能”。磁场所具有的能量。某点处单位体积内磁场的能量称为该点处的磁能密度，常用符号ωm 表示，即

1

ω m = 2 H·B。

除了在各向异性介质中 B 和 H 的方向有偏离外，一般都是一致的，且B=μH，故

1 1 ₂ B²

ωm = 2 HB = 2 μH = 2μ ，

式中μ为介质的磁导率。在场空间中体积 V 内的磁能为

Wm = ∫ v ω mdV = ∫ v H·BdV。

在稳恒磁场的情形下，磁场总是和电流伴随存在的。电流体系（或磁体的磁性）建立的过程也是磁场建立的过程。在这过程中电源必须作功， 例如对一自感为 L 的回路，这功为

1 ₂

W = LI ，

2

式中 I 是回路达到稳定时的稳恒电流强度。这功既可看作转化为电流体系的能量，也可看作是储存在磁场中的能量。但由于麦克斯韦电磁理论的建立，特别是电磁波的预言被证实以后，磁场被确认为物质存在，凡与磁场相联系的能量也被看作定域于场中，而称为磁场能量。能量成为磁场的物质属性之一。

磁场强度（magneticfieldstrength） 描述磁介质中磁场的一个辅助物理量。常用符号 H 表示。它的定义为

H = B - M，

μ 0

式中 B 为磁感应强度，M 为磁化强度，μ0 为真空磁导率。

在各向同性线性介质中，磁化强度 M 与磁场强度 H 成正比，即 M=χmH， χm 为介质的磁化率。于是 B=（1+χm）μ0H=μrμ0H=μH，μr、μ分别是介质的相对磁导率和磁导率。在各向异性或非线性介质中，B 与 H 间的关系就不再是简单的比例关系。

决定电流或运动电荷在磁场中所受磁力作用的物理量是磁感应强度B。在研究均匀磁介质充满所在空间中的稳恒电流所激发的磁场时，M 仅与束缚电流的分布有关，H 仅与自由电流（即引起磁化的外电流，由电荷的宏观定向运动产生）的分布有关，而 B 则与实际存在的所有电流（包括自由电流和束缚电流）的分布有关。H 往往可由安培环路定律方便地求出， 再由 B=μH 即可求得 B，从而避开了磁化细节的讨论。H 作为辅助物理量的意义也在于此。对照电场强度 E 和电位移矢量 D 的关系可以看出，B 的地位与 E 相当，H 的地位与 D 相当。但由于历史的原因，“磁场强度”这一名称被赋予了这个辅助物理量。

在国际单位制中，H 的单位也是 A/m。在高斯单位制中，其单位为奥斯特（Oe），1A/m=4π×10-3Oe。

磁场线（magneticfieldline） 即“磁力线”、“磁感应线”或“B 线”。形象描述磁场分布情况的假想曲线。曲线上各点的切线方向与该点处磁场方向相同，曲线排列的疏密则表示该点处磁感应强度的大小。可用实验方法显示磁场线的分布状况。例如，在磁场中用铁屑或许多小磁针置于平玻璃板上，轻轻敲击，铁屑或小磁针就会按磁场线方向排列起来。

同一磁场中任意两条磁场线不得相交。任意磁场的磁场线都是无头无尾的闭合曲线，磁场是“无源场”。闭合的磁场线总是和电流或电荷的运动路径互相套合的。磁体的磁场线从 N 极出发回到 S 极，然后经磁体内部连接起来形成闭合回线。

磁场线的概念是由法拉第于 1831 年前后首先提出的，为研究电场和磁场提供了很大方便。因为当时习惯上采用磁体的相互作用描述磁力，而磁极间的作用力也恰好沿磁场方向，磁场线由此得名。实际上，不管是运动

电荷所受的洛伦兹力，还是电流元所受的安培力，都是和所在处磁场方向垂直的。“磁场线”以前曾称为“磁力线”、“磁感应线”或“B 线”。为统一起见，现已规定称为“磁场线”。

磁畴（magnetic domain） 铁磁质内自发饱和磁化的小区域。可用磁畴结构来解释铁磁质强磁性的起因。现在可采用多种方法直接观察铁磁质的磁畴结构。根据量子力学理论，铁磁质中相邻原子间存在较强的交换耦合作用，从而使相邻原子的磁矩取向一致，在一定范围内形成自发饱和磁化。磁畴大小不一，其体积平均约为 10-12m3，内含 1012～1015 个原子。相邻磁畴间有畴壁隔开。每个磁畴都有相当大的微观磁矩，但由于各磁畴磁矩取向混乱，整块铁磁体宏观上不呈现磁性。当外磁场存在时，磁矩方向与外磁场方向相同或相近的磁畴将扩大，畴壁外移；而磁矩方向与外磁场方向偏

■无外磁场外磁场外磁场外磁场外磁场

■外磁场从零逐渐增大时畴壁的移动和磁畴取向

离较大的磁畴将缩小，畴壁内移。外磁场超过一定强度以后，这种畴壁移动将急剧加快，铁磁体的磁化强度迅速增大，直至与外磁场反向的那些磁畴完全消失。与此同时，各磁畴的磁矩也有沿外磁场方向排列的倾向。当所有磁畴的磁矩方向都与外磁场方向相同时，磁化便达到饱和状态。由于畴壁移动和取向运动都伴随有热损耗，这是一种不可逆过程，所以当外磁场减弱或消失时，磁畴结构不可能再按原来的变化过程逆向恢复原状， 因此必然出现磁滞和剩磁现象。

加热、锤击或强烈的超声波作用等都能破坏铁磁质的磁畴结构。例如， 当温度高于居里温度时，铁磁质的磁畴结构将被破坏，此时铁磁质将转变为普通的顺磁质。磁畴可用粉纹法、磁光法等方法进行实验观察。粉纹法是在磨光的铁磁质表面撒上一层极细的铁粉，用金相显微镜可观察到铁粉沿磁畴边界聚集的图形。磁光法则利用偏振光的克尔效应来观察磁畴结构。

磁带录像（videotaperecording） 利用磁带记录、重放图像和声音信息的技术，完成这种功能的设备称磁带录像机，简称录像机。磁带录像是一种集机、电、磁于一身的综合性技术。1950 年，美国安培公司开始试制磁带录像机。1956 年制成第一台使用 2 英寸（51 毫米）磁带的四磁头横向扫描录像机。这种录像机采用旋转磁头轮，其上均匀对称地安放四个磁头，磁头面与磁带方向垂直。60 年代初制成 1 英寸（25.4 毫米）磁

带的单磁头螺旋扫描录像机，并采用开盘式磁带。70 3

4

寸盒式磁带的双磁头螺旋扫描录像机。盒式录像机的出现不仅克服了开盘式录像机装带麻烦的缺点，而且以其高性能、高质量、低成本、使用方便

等特点，加速了录像机的普及。70 1

2

1

年代初出现 2 英寸盒式磁带的摄录一体机，使录

像设备更趋完美。

磁带录像是在磁带录音基础上发展起来的。它们记录信号的原理相同，差别在于录像机记录的信号频率可高达 6 兆赫，比录音机记录的信号

频率（20 千赫）高两个数量级以上。根据磁记录原理，磁头与磁带间相对速度 v≥2gf。式中 f 为最高记录频率，g 为磁头缝隙宽度。因此，录像机一方面要减小磁头的缝隙 g（一般在 1 微米以下），同时要增加磁头与磁带之间的相对速度（速度达数十米每秒）。为减少磁带用量，采用磁带低速行走，装磁头的圆形磁鼓高速旋转的螺旋扫描录像方式，因此在磁带上的磁迹是倾斜的，如下图所示。伴音的录音方式与录音机的录音方式相同， 记录于磁带的边缘。磁带另一边由控制磁头录控制信号，通过伺服系统使录放时速度自动扫描跟踪，以保证图像稳定。

■螺旋扫描与倾斜磁迹图

盒式录像机的分类方式有多种。首先，按使用磁带宽度可分为

1 1

2 英寸、 4 英寸和8毫米3种。按磁带的磁迹位形可分为VHS、

Beta - max、V - 2000、 1 CVC和8毫米五种，五种格式之间磁带不能

4

互换。目前以 VHS 和 Beta-max 机为主流。

盒式录像机的基本组成主要包括以下几部分：①盒式磁带。②各种磁头：视频磁头、音频磁头、控制磁头、时间地址码磁头、旋转消磁头、全消磁头，它们大多数是录放共用。③视频信号处理系统：它包括高度和色度信号处理两部分。④音频信号处理系统：把待录的音频信号处理成音频磁头能记录的信号，重放时还原成音频信号。⑤伺服系统：为磁鼓和主导轴电机提供伺服电压和驱动电压，使磁鼓电机、主导轴电机转速均匀、稳定，从而确保磁鼓旋转均匀，走带稳定，使记录的磁迹满足标准规格并能按同样精度重放。⑥机械系统：主要包括走带机构和加载机构，为稳定走带、加、卸载及其他工作提供机械保证。⑦系统控制：录像机的中枢指挥系统。对各种工作方式、保护及控制电路发出指令，并使其按预定程序工作，从而协调和控制机械部分的动作及电路的工作状态，完成各种操作、控制及保护功能。⑧调谐器：由天线输入电路、调谐器及中频放大器组成， 用以把电视广播射频信号解调为视频信号和音频信号，使录像机能直接记录当地电视台节目。⑨射频变换器：将录像机内各种视频信号和音频信号调制到电视发射频率，由射频插座输出，供接收机直接收看。⑩电源：将220 伏交流电源整流、稳压，为录像机各部分提供电源电压。

录像磁带是用矩形系数好的二氧化铬或钴三氧化二铁作磁性层，用抗拉强度高不易变形的涤纶作带基。

磁性层经过镜面加工处理以减小对磁头的磨损。常用的 VHS 录像带的规格列于下表。标有字母“E”的 VHS 录像带适用于 PAL 制（我国电视制式），也适用于 SECAM 制。标有字母“T”的磁带适用于 NTSC 制。

两者的主要差别仅在于磁带长度和厚度上，可以通用，但录放时间有所改变，根据长度可进行换算。例如 T—120 在 NTSC 制中可录放 120 分钟， 在 PAL 制中则可录放 172 分钟。

常用 VHS 录像带规格表

磁带录音（magnetictaperecording） 利用涂敷磁粉的塑料磁带记录和重放声音信号的技术。完成这种功能的设备称磁带录音机，简称录音机。录音原理是基于硬磁材料被磁化后留有剩磁以及一长条形硬磁材料可以分段进行磁化的现象。

■图 1 磁带录音过程示意图

录音过程如图 1 所示。声音信号电压 e 加在有缝隙的环形录音磁头上， 通过线圈的声音信号电流在磁头缝隙处会形成信号磁场。当磁带以均匀速度通过该磁场时，磁带上的磁性层磁化后就会留下剩磁，剩磁强弱与磁带该处通过磁头缝隙时磁头线圈的信号电流成比例。这样，声音信号就以剩磁形式记录在磁带上。

将录有声音信号的磁带按录音时相同的速度通过有缝隙的环形放音磁头，此时记录在磁带上的剩磁就会在磁头线圈上感应出与已录信号相应的电动势，经放大后便能复现出原来的声音。

磁性录音机是丹麦人浦耳生于 1898 年发明的，他所用的记录媒质是钢丝。1936 年，德国首先制成磁带录音机。

磁带录音机的种类很多，按所用磁带分，有盘式录音机和盒式录音机。盘式磁带宽 6.30 毫米，盒式磁带宽 3.81 毫米。还有一种微盒式磁带录音

机，也是用 3.81 毫米宽的磁带，但磁带更薄，盒子更小，机器常做成袖珍型。

磁带录音机的标准带速是 76.2、38.1、19.05、9.5、4.76、2.38、1.19 厘米/秒，专业录音机常用较高速度，家用录音机一般速度较低。盒式机通常用 4.76 厘米/秒的带速。微盒式机多用 2.38 厘米/秒和 1.19 厘米/秒的低档带速。

单声道磁带录音和立体声磁带录音的区别在于录音和放音磁头数以及磁带上记录的磁迹数。如图 2 所示，单声道录音时，只用一个录音磁头， 磁带上的磁迹只有一条，若是往返磁带，则磁带上记录有往返两条磁迹（图2(a)）。立体声录音时，有两个叠置在一起的录音磁头，因此，磁带上记录有往返四条磁迹。（图 2

■

1. 单声道（二迹往返）(b)立体声（四迹往返）

■ 图 2 磁 头 和 磁 迹(b)）。与唱片相比，磁带录音的优点是可以消磁和多次重新录音，使

用方便。

磁单极子（magnetic monopole） 带有单一极性磁荷的粒子。现有的电磁学理论表明，电的基本单元是电荷，但磁的基本单元是磁偶极矩， 它可看作正负单极磁荷的组合。单独的自由磁荷并不存在。1931 年，英国物理学家狄拉克首先探讨了磁单极的存在将会导致什么结论的问题。他讨论了一个电荷为 q 的带电粒子在磁荷为 g 的磁单极子的场中运动的量子力学问题。

为了得到合理结果，他发现如下条件必须成立：

qg = n h ,(n = 1,2,3, )

μ 0

其中 h 为普朗克常数，μ 0 为真空磁导率。n=1 对应于最小电荷（即 e） 和最小磁荷。上述结果表明，基本电荷应该是 h/μ0 的整数倍，这就对“电荷量子化”给出了一种解释。电荷量子化是自然界中的一个令人奇怪的现象，任何带电物体，无论它们的其他性质有多大差别，它们的电量却总是精确地等于基本电荷 e 的整数倍。如果将 e、h 和μ0 的值代入上式，并取n=1，便可得到基本磁荷的值为 g=3.3×10-9 磁库。自从 1931 年以来，对磁单极子问题的研究始终没有停止过。1974 年建立了较严格的关于磁单极子的理论。另一方面，许多物理学家已作了许多努力，期望通过高能加速器和宇宙线实验，或者通过从采集到的古老岩石、陨石和月球岩石等样品的分析中能找到磁单极子。但所有这些努力至今尚未取得任何肯定的结果。

磁导率（permeability） 也称“绝对磁导率”。表征磁介质磁属性

的物理量。常用符号μ表示。在相同的磁化条件下，不同介质的磁化强弱程度以及介质内部磁场的强弱都是不同的，而对于一定的各向同性均匀（且假定充满磁化空间）介质来说，各点磁感应强度 B 与该点处外磁化场强度H 的比值是一定的。磁导率即以这一比值来度量，即

μ=B/H。

在国际单位制中，其单位为 H/m 或 N/A2。在各向异性介质中，磁导率与方向有关，B 与 H 的方向也有所偏离，这时的磁导率表现为一个张量。真空磁导率 表征真空磁属性的物理量。常用符号μ0 表示。采用国

际单位制时，在毕奥-萨伐尔定律中引进一个有量纲的常数μ0，从而将定律表示为

dB = μ 0 Idl × r ，

4πr ³

这里的μ0 即真空磁导率，其值与电流强度单位安培的定义有关，根据规定取作

μ0=4π×10-7H/m（或 N/A2）。

相对磁导率表征磁介质属性的物理量。常用符号μr 表示。其定义为μr=μ/μ0 或μr=1+xm，

式中μ为该种介质的磁导率，μ 0 为真空磁导率，xm 为该种介质的磁化率。对于一般的各向同性顺磁质和抗磁质，μ r 不随外磁场变化，都是接近1 的纯数，顺磁质的μr 稍大于 1，抗磁质的μr 稍小于 1。铁磁质的μr 一般很大，且随外磁场变化。典型的μr～H 曲线如图所示，其中的μr(I) 称“起始（相对）磁导率”，相应于开始磁化时的情形；μr(m)称“最大（相对）磁导率”，相应于磁化曲线斜率最大处的情形；μr(s)称“饱和（相

■铁磁质的μ■～H 曲线图

对）磁导率”，相应于磁饱和时的情形。对于各向异性磁介质，由于磁化与方向有关，μr 和μ一样都表现为一个张量。

磁感应强度（magnetic induction） 表示磁场对进入场中的运动电荷（或载流导体）有作用力这一基本性质的物理量。是矢量，常以符号 B 表示。实验表明，运动电荷在磁场中要受到力的作用。对于一定的磁场， 处于确定点 P 的自由小磁针磁北极所指方向是一定的。电量为 q 的电荷以速率 v 垂直该方向通过 P 点时所受到的作用力最大，记为 F⊥，且与乘积qv 成正比，比值在场中不同点可以不同，但对确定的点来说是一定的。规定这一比值为该点磁感应强度 B 的大小，即

B = F⊥ ，

qv

而 B 的方向则由矢积 F⊥×v 的方向决定，即为自由小磁极在该点时磁北极所指方向。磁感应强度的方向也称为该点磁场的方向。

此外，也可以由电流元在磁场中受力作用来定义磁感应强度。

在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉（T）。有时也使用高斯制单位高斯（Gs 或 G），1T=104G。

磁荷理论（magneticchargetheory） 用“磁性起源于磁荷”的观点解释磁现象的理论。18 世纪末以后由法国物理学家库仑等人所建立。人类对磁现象的早期认识都是与物质的磁性相联系的。正因为如此，18 世纪的科学家们开始系统地研究磁现象是从永磁体着手的。当时对于磁和电的联系尚一无所知，但却由永磁体看到了磁和电之间的一些类比关系。例如电有正电荷和负电荷，而磁分 N 极和 S 极，它们都是同性相斥、异性相吸的。于是，既然电现象起源于电荷，人们也就普遍接受了“磁性起源于磁铁两极的磁荷”这一观点，并由此出发开始研究磁现象。仿照点电荷的概念， 引入了“点磁荷”的概念。库仑还用实验测量了“点磁荷”间的作用力， 建立了如下的“磁的库仑定律”：

F = K q m1q m2 ，

m r 2

与电学库仑定律不同的仅仅在于这里的 qm，它是“点磁荷”的“磁荷” 量。在法拉第的场的概念为人们逐步接受以后，仿照静电场的研究方法，

把单位“磁荷”所受“磁力”定义为磁场强度，用 H 表示，即

H = Fm 。

q m

于是，在仅由永磁体激发磁场的情况下，H 就和静电场中的 E 一样服从类似的规律：

∮LH·dl=0，

∮H·ds=qm/μ0，

μ0 为真空磁导率。在研究磁介质时，磁荷观点把介质分子看成由正、负磁荷组成的磁偶极子，并仿照电介质理论引入辅助物理量 B，以与电位移矢量 D 对应，B 称为磁感应强度。这样一来，磁荷观点就成为一种与分子电流观点相并列的理论，所得出的一些结论也是一致的。所不同的是， 分子电流观点是从电流磁效应出发，而磁荷观点则从“磁荷激发磁场”出发。前者把物质分子结构看作圆电流，后者则看作磁偶极子，这在经典理论中本来就不是本质区别。

在存在传导电流的情况下，用磁荷观点讨论磁现象就相当复杂了。电磁学的进一步研究表明，磁荷观点 H 定义式中的力 Fm 仅在“磁荷”概念下才有意义，对电流或运动电荷施以磁力作用的是磁荷观点中的 B，而 H 则是与电学中的 D 相当的一种辅助物理量。特别是麦克斯韦电磁理论建立以后，电磁学便按照 B 和 H 的本来意义使用它们，只是沿用原来的名称而已。

磁化（magnetization） 使原来不显示磁性的物体在磁场中获得磁性的过程。最容易磁化的是铁磁性物质，如软铁、硅钢等。由于电流能产生很强的磁场，并便于控制，所以常利用电流的磁场使铁磁质磁化而制成永久磁铁或电磁铁。

根据安培分子电流假说，构成物质的分子和原子中，由于电子运动而形成分子电流。这些分子电流是数目庞大的微观小磁体。在通常情况下，由于热运动的影响，这些小磁体的取向是杂乱无章的，因而使物体在宏观上不显示磁性。但当把物体置于磁场中时，这些小磁体便受到磁力矩的作用，出现定向排列，整个物体便显示出磁性。铁磁质特别易于磁化，则是因为铁磁质内还存在一种特殊的磁畴结构。现代理论认为，物质的磁化还与电子自旋等微观运动有关，只有考虑量子效应才能作出更合理的解释。磁化电流（magnetization cur-rent） 亦称“束缚电流”。磁介质

磁化后分子电流有序排列而形成的等效电流。均匀磁化时的情形如附图所示。在介质内部任意地方，由于分子电流成对出现且方向相反，结果相互抵消。但在介质表面处，分子电流不会抵消且形成一层沿表面流动的等效电流。这就是磁化面电流。在非均匀磁化的情形

■均匀磁化时的磁化电流图

下，介质内部也会出现磁化体电流分布。磁化电流并不是由电荷的宏观定向运动形成的，也与介质分子的热运动没有直接关系。所以尽管它与传导电流一样能激发磁场，但没有热效应，也不能用电表测量。对于抗磁质，磁化电流在介质中产生的磁场与引起磁化的外磁场方向相反；对于顺磁质或铁磁质，两者的方向相同，且铁磁质的磁化电流特别强大。

磁化率（magnetic susceptibility） 表征磁介质属性的物理量。

常用符号χm 表示。它等于磁化强度 M 与磁场强度 H 之比，即

χ = M 。

m H

这是一个无量纲的纯数。对于顺磁质，χm＞0；对于抗磁质，χm＜0。其值都很小，且与磁场强度 H 无关，而仅决定于介质的种类。各向同性介质的磁化率在各方向的值均相同。附表列出了部分顺磁质和抗磁质在相应条件下的磁化率。

铁磁质的磁化率χm 一般很大，而且是磁场强度 H 的复杂函数。此外，

对于各向异性介质，不同方向的磁化率不尽相同。在同样的外磁场作用下， 不同方向的磁化程度也就不同，这时 M 和 H 的方向将有所偏离。

部分顺磁质和抗磁质的磁化率

磁化强度（magnetization） 描述磁介质磁化状态的物理量。是矢量， 常用 M 表示。根据安培分子电流假说，物质磁性的强弱决定于分子电流排列的有序化程度。分子电流磁性的强弱是用它的分子磁矩 m 表示的。因此， 磁化强度可定义为单位体积内分子磁矩的矢量和，即

M = ∑ m 。

△V

在国际单位制中，其单位为 A/m。进一步的理论研究现宏观束缚电流相联系的。因此，磁化强度与束缚电流之间存在确定的关系。

磁化水（magnetizing water） 经过磁场处理的水。一般是让水以一定的速度和流量经过强磁场区域制得的。与普通水相比，磁化水有某些特异性。一般认为，水经磁化处理后，分子间的结合形态由长链拆散为短链，渗透性增强。例如它能渗入坚硬的水垢细缝中，并使绝大部分溶解在水中的杂质的结晶形态发生变化，常可使坚硬的方解石结晶变为松软的纹石结晶。工业上用磁化水防止锅炉和冷却设备等产生水垢，简单易行，投资少，使用寿命也较长。用磁化水搅拌水泥可增加其强度。饮用磁化水防治某些疾病，从我国明代李时珍的《本草纲目》以后就常有记载。本世纪60 年代以后，饮用磁化水防治胆结石的试验取得成功，并已用于临床。此

外，磁化水还被用于浸种催芽、育秧和灌溉等。但水在磁化前后微观结构和各种属性究竟发生哪些变化，以及它和其他物质间的相互作用过程和机理等，目前尚不清楚。

磁介质（magneticmedium） 在磁场作用下能被磁化并反过来影响磁场的媒质。任何媒质在磁场作用下都或多或少地发生磁化并反过来影响原磁场，因此任何媒质都是磁介质。磁介质分为顺磁质、抗磁质和铁磁质三大类。相对磁导率μr＞1，且与 1 相差极微的物质称为顺磁质，如锰、铬、铂、氮等都属于顺磁性物质，这种物质磁化较弱，且在外磁场撤去后磁性立即消失；相对磁导率μr＜1，且与 1 相差极微的物质称为抗磁质，如水银、铜、铋、硫、氯、氢、银、金、锌、铅等都属于抗磁性物质，这种物质与顺磁质一样，磁化较弱，在外磁场撤去后磁性也立即消失；相对磁导率μr 的数值很大（μr>>1）的物质称为铁磁质，如铁、镍、钴以及这些金属的合金，铁氧体等物质都属于铁磁性物质。铁磁质的磁化较强，在外磁场撤去后仍能保存部分磁性。

磁矩（magnetic moment） 表征磁体或电流系统磁效应的物理量。是矢量，常用符号 m 或 Pm 表示。条形磁体的磁矩是两个磁极间的距离与一个磁极强度的乘积，方向沿两磁极连线，由 s 极指向 N 极。平面载流回路的磁矩大小为电流强度 I 与回路面积 S 的乘积，其方向按右手螺旋定则垂直于回路平面，即当电流绕右手螺旋旋进的方向流过时，螺旋前进的方向

（如图），用法向单位矢量 n 表示，则平面载流回路的磁矩为

m=ISn。

■电流回路的磁法向

对于一般的电流分布，磁矩的计算比较复杂。

原子中的电子绕原子核运动，与回路电流相当，所以也有磁矩，称为“轨道磁矩”。电子还有自旋运动，其磁矩称为“自旋磁矩”或“本征磁矩”。这是物质磁性的主要来源。此外，原子核、质子、中子等基本粒子也都有相应的磁矩。这些微观磁矩都是量子化的，它们在各方向的投影也是量子化的。

磁矩常用于某些计算。例如，平面载流线圈在均匀外磁场中所受到的磁力矩 M 可简明地表达为

M=m×B

磁聚焦（magnetic focusing） 用磁场使电子束会磁聚焦示意图聚成点或像的过程。由于电子束中的电子从电子源发出时初位置和初速度的方向不同，彼此间又存在斥力作用，因而在行进过程中电子束的横断面将逐渐扩大。

聚焦就是使发散的电子束重新汇聚。使用匀强磁场的聚焦装置如图所示。K 为发射电子的阴极，G 是控制栅极，圆筒 A 为阳极，它们组成电子枪。CC′，是产生匀强磁场的长直螺线管。在栅极和阳极电压的作用下，电子以大致相同的速率 v（取决于电子枪加速电压）从小孔 P 出发进入匀强磁场区域。P 点相当于光学成像系统中的物点。由于阳极圆筒内共轴限制膜片的作用，电子从 P 点出发的速度 v 与 B 间的夹角θ都不会很大，因此与 B 平行和垂直的速度分量分别是

v∥=vcosθ≈v，

v⊥=vsinθ≈vθ。

在匀强磁场中，电子将作等距螺旋线运动，运动周期 T 和螺旋线半径R、螺距 h 分别为

T = 2πm ，R = mv⊥ ≈ mv θ，

eB eB eB

h = v∥T ≈ 2πmv 。

eB

因此，虽然初速度方向不同的电子将循不同半径的螺旋线运动，但在一个周期后又都将重新汇聚于轴线上的同一点 P′。从电子枪不断发出的电子都将陆续出现于 P′点，这就起到了聚焦的作用。实际使用的往往是短线圈产生的非匀强磁场，其聚焦原理与使用匀强磁场的大致相同。这种线圈对运动电荷的作用类似于透镜对光的作用，故常称它们为“磁透镜”。磁聚焦在许多电真空系统（如电子显微镜）中有广泛的应用。

磁力（magnetic force） 磁场对运动电荷、电流作用力的总称。也是洛伦兹力和安培力的总称。安培力本质上是洛伦兹力作用的结果，所以， 磁力本质上都是磁场对运动电荷的作用力。

通常的磁体在磁场所受作用是以磁极受力来度量的。磁极所受磁场的作用力量值上等于磁极强度与磁场强度的乘积。但实际上磁体的磁性是由电子绕核运动和原子核、电子、质子等基本粒子的自旋运动引起的，所以， 磁体所受的磁力归根到底也是磁场对运动电荷的作用。

磁流体发电（magnetohydrogenerating） 将炽热的电离流体的动能直接转化为电能的一种发电方式。其装置主要由燃烧室、强磁体和发电通道三部分组成。在燃烧室中，喷入的油、煤气或核燃料与氧化剂混合燃烧， 生成高温（约 3000K）燃气。燃气中的气体分子或原子在高温下发生电离， 成为正离子和自由电子。还可在燃气中添加容易电离的含钾或铯的盐类， 如

碳■磁流体发电示意图

酸钾（K2CO3），使高温燃气加速电离，接近等离子状态。通过加速喷管将这种燃气高速（约 1000 米/秒）喷入发电通道。发电通道一般呈矩形截面，四壁由耐高温绝缘材料制成。大型磁铁产生的强磁场垂直地通过通道，与磁场平行的两壁内侧为耐高温、耐腐蚀的金属电极（见上图）。随气流进入通道的高速运动带电粒子将在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两侧电极发生偏转运动。由此形成的电动势约为

ℜ=vBL，

式中 v 为高温燃气的流速，B 为通道内的磁感应强度，L 为两电极间的距离。不断提供高温高速的等离子气体，便能从两电极间源源不断地输出电能。这种发电方式转动机械很少，因而损耗低、效率高。由于喷入、喷出的都是高温燃气，可以综合利用、循环使用。因具有加工设备简单、投资较少、启动速度较快等优点，许多国家近些年来竞相研制。目前还有些共同性的技术问题有待解决。随着材料科学、磁流体动力学和超导等新技术的发展，磁流体发电可望实现大规模应用。

磁路定律（magneticcircuitlaw） “磁路欧姆定律”的简称。表示磁路中磁动势、磁阻与磁通间关系的基本定律。它在形式上与电路欧姆定律相似，故名。

磁路 磁场线集中通过的闭合回路。各种电器设备中，为了使磁场集中在有限区域内以资利用，都必须设制特定的磁路。在变压器、互感器等磁耦合装置中，磁路由励磁线圈（“磁源”）和软磁材料制作的铁芯组成。在发电机、电动机、电磁铁等利用强磁场的装置中，磁路还包括适当大小的气隙。密集的磁场线沿磁路通过气隙，装置所利用的正是气隙中的强磁场。磁路与电路形式上有许多相似之处，如电路是电场线集中通过的管路， 磁路则是磁场线集中通过的管路；电路有串联、并联之分，磁路也有串联、并联之分；磁路和电路还有一系列对应的概念（见附表）。但磁路和电路毕竟有本质的区别。首先，电路中的电流是带电粒子的移动，磁路中的磁通（即磁通量）并不表示任何物质的运动。其次，由于导体和空气（或真空）的电导率相差极大，电流被严格地约束在导体内部。但对于磁介质来说，即使是铁磁质（甚至软磁材料），其磁导率与空气（或真空）之间相差也不过数千倍，且还有磁饱和现象。所以在磁路中，虽然大部分磁场线能沿铁芯内部通过（称主磁通），但总有少部分磁场线从铁芯表面漏出（称漏磁通），就是说，磁路的边界实际上是不可能严格的。

磁动势 与电源的电动势相类比，表征“磁源”（励磁线圈）在磁路中激发磁通的能力的一种物理量。常用符号■表示。对于密绕的励磁线圈， 它在量值上即等于安匝数 NI，其中 N 为线圈匝数，I 为励磁电流强度。

磁阻 磁动势■与它在磁路中所引起的磁通φm 之比，常用符号 Rm 表示，即

Rm=■m/φm。

它表示磁路对磁通的阻碍作用，其大小取决于磁路中各磁介质材料的性质、形状、大小和联接方式等。均匀材料组成的横截面相同的一段磁路， 其磁阻为

Rm=l/μS，

式中 l、S 分别为材料的长度和横截面积，μ为材料的磁导率。串联磁路的磁阻等于各段磁路磁阻之和；并联磁路的磁阻的倒数等于各分路磁阻倒数之和。磁阻的单位为 H-1。

磁路定律磁路中磁动势■m 与磁通φm 间的关系所遵从的定律，表示为

• m=Rmφm 或φm=■m/Rm，

Rm 是磁路的磁阻，■m 常指励磁线圈的安匝数 NI。在简单磁路中，由于 Rmφm=（l/μS）（μHS）=Hl，上式即为 Hl=NI，这是安培环路定律的表达形式。磁路定律成立的一个基本条件是在同一磁路中通过不同截面的磁通φm 相同，于是对任一闭合曲面总有

∮sB·dS=0，

这是磁场高斯定理所要求的。所以，磁路定律实际上是稳恒磁场基本定律的特殊表现形式。在引进磁动势、磁阻、磁位降落（Hili）等概念后， 可以很方便地把求解直流电路的一些方法移用到磁路中来。除磁路欧姆定律外，也可建立相应的磁路基尔霍夫定律。

磁偶极子（magneticdipole） 基于磁荷观点的磁介质理论中组成磁介质的最小单元。一对相距很近的等量异号点磁荷所构成的体系。常用磁偶极矩 pm 描述其特性，其定义为

pm=qml，

式中 qm 是每一个点磁荷的磁荷量，l 的大小等于两点磁荷间的距离， 方向自负磁荷指向正磁荷。磁偶极子在外磁场中会受到合力（在非均匀磁场中）和合力矩的作用，因而也具有势能等形式的能量，所有这些量都是与其磁偶极矩成正比的。现在也常用磁偶极子概念作为描述磁介质属性和磁化行为的工具。

磁泡（magneticbubble） 磁性薄膜在外磁场作用下产生的圆柱形稳定的磁化区域。磁泡内的磁化方向垂直于薄膜。某些磁性薄膜在垂直于膜面方向磁化时，其能量最低，因而是易磁化方向，而在膜面上是难磁化的方向。如果在垂直于膜面方向外加一向上方向的外磁场，则薄膜内磁化方向向上的磁畴逐渐扩张，而磁化方向向下的磁畴逐渐缩小。当外磁场增加到一定强度时，磁化方向向下的磁畴将缩成圆柱状。这些圆柱状的磁畴用偏光显微镜在垂直于膜面方向上可以观察到，它们运动起来很像一群浮在水面的小水泡，故称为磁泡。人们可以通过磁泡的产生、移动、消灭等来实现信号的写入、传输和读出。用磁泡作为信号做存储器具有可靠性高、存储密度大、无高速旋转的机械部分等优点。缺点是响应速度较慢，其读取时间的量级为毫秒。

磁偏转（magneticde-flection） 泛指带电粒子由于受磁场力的作用其运动方向发生变化的现象。例如在显像管中，电子束的磁偏转过程示意如图。电子沿轴线垂直进入匀强磁场后作匀速圆周运动，对轴

■磁偏转示意图

线有一定的偏转距离。离开磁场区域后，电子即沿原圆周轨道的切线方向作匀速直线运动而到达荧光屏上，其偏转距离为

D≈ elL B， mv

式中 e、m 分别为电子的电荷和质量，l 为偏转磁场的宽度，L 为偏转磁场中心到荧光屏间的距离，v 为电子运动速率。D 与偏转磁场的磁感应强度 B 成正比。若磁场由安装在管颈两侧的偏转线圈中的信号电流所产生， 则该信号电流便控制了荧光屏上光点的位置。

磁屏蔽（magneticshielding） 能使某一空间区域免受外界磁场影响的现象或措施。对于稳恒磁场或频率很低的交变磁场，可用磁导率很大的软磁材料制成罩壳以进行屏蔽。罩壳壁与腔内空气可看成并联磁路。由于空气的磁导率μ0 远小于罩壳材料的磁导率μ，其磁阻也将远大于罩壳壁的磁阻，外磁场的磁场线将绝

■空腔圆筒的磁屏蔽

大部分穿过罩壳壁而不进入腔内。这种屏蔽方式的效果决定于罩壳材料的磁导率和沿外磁场方向的磁阻。罩壳越厚，与磁场线方向垂直的接缝越少，屏蔽效果越好。例如，实验证明，在磁感应强度为 B0 的均匀磁场中， 对于内外半径分别为 R1 和 R2、相对磁导率为μr 的空腔圆筒，筒内的磁感应强度为

4R² B

B≈ 2 0 。

μ (R ² − R ² )

r 2 1

在某些精密的磁测量实验中，还采用多层屏蔽罩，将漏入空腔的残余

磁场一次次屏蔽掉，以避免由于外磁场（包括地磁场）干扰而引起的误差。所以效果较好的屏蔽罩一般都较笨重。对于高频交变磁场，常利用电导率很大的金属对电磁波的反射作用以达到屏蔽的目的。相反，在利用电磁波的场合，则要注意避免或减少这种屏蔽作用的影响。

磁通计（fluxmeter） 测量磁通量的仪器。又称高斯计。结构上， 磁通计和磁电式检流计相似，如图所示，它也有产生磁场的永久磁铁及能在磁场中转动的活动线圈。不同之处在于：磁通计没有产生反作用力矩的游丝或悬丝，它的活动线圈的电流是由柔软的导线引入的。由于没有反作用力矩，磁通计的指针可以停在刻度盘的任何位置上。用磁通计测磁通时， 要把放到被测磁场中的测量线圈与磁通计的活动线圈相连，构成闭合的测量回路，将探测线圈从磁场中所要测量磁通的地方迅速移出磁场。由于线圈平面内的磁通量发生突变，根据电磁感应原理，两线圈组成的闭合回路中就产生感应电流，电流计发生偏转，被测磁通量与偏转成正比，经过校正，可以直接从当时最大偏转数读出所要测量的磁通量的大小。磁通计作为直读仪表，使用方便，但灵敏度、准确度比冲击电流计差。

■磁通计测量磁通的原理图W—测量线圈 Wd—磁通计的活动线圈N，S—磁通计的永久磁铁

磁通量（magneticflux） 也称“磁感应通量”。表征磁场分布情况的物理量。是可正可负的标量，常以符号φm 表示。通过磁场中任一面积元dS 的磁通量 dφm 为

dφm=B·dS=BdScosθ，

式中 B 为磁感应强度。dS 的方向按规定与面积元平面垂直。对于闭合曲面，面积元的方向常取由里向外的方向。θ为 B 与 dS 间的夹角。通过任一曲面 S 的磁通量为

φm=∫sB·dS。

通过均匀外磁场中面积为 S 的平面的磁通量为

φm=BScosθ。

式中θ为 B 与平面法向 n 间的夹角。如果按规定描画磁场线，即空间任意点处通过与磁场方向垂直的单位面积上的磁场线条数等于该点处磁感应强度的大小，则通过任意曲面的磁通量就等于通过该曲面的磁场线条数。在国际单位制中，磁通量的单位是“韦伯”，用符号 Wb 表示，1Wb=1T·m2。

任意磁场中通过任意闭曲面 S 的磁通量恒为零，即

∮sB·dS=0，

这称为磁场高斯定理。在电磁感应现象中，感生电动势的大小取决于磁通量的时间变化率。

磁效应（magneticeffects） 物质磁性状态的变化会引起物质的力学、声学、热学、电学及光学等其它各种性能的变化；反之，力、声、热、电及光等的作用也会引起物质磁性的变化，这两种效应统称为磁效应。物质的磁性与物质的其它性质都取决于物质内部的原子、电子状态以及它们之间的相互作用。因此物质的各种属性是相互联系和相互影响的。磁效应主要有磁力效应、磁声效应、磁热效应、磁电效应和磁光效应以及它们的

逆效应。

磁力效应 强磁体在磁场作用下发生形变；反之，在外力作用下强磁体的磁性发生变化。磁致伸缩效应就是一种磁力效应。可分为体伸缩和线伸缩两种。体伸缩指磁体在外磁场作用下其体积发生相对变化；线伸缩则指其某一线度发生变化。磁致伸缩起因于外磁场的作用使磁性材料的原子晶格点阵和磁畴发生的畸变。在单晶体中，磁致伸缩是各向异性的。利用压磁铁氧体的磁致伸缩特性可制造超声波发生器。

磁声效应 这种效应本质上也是一种磁力效应，是强磁体的磁化状态与声振动之间的相互影响和相互转换的效应。

磁热效应 亦称磁致温差效应。绝热过程中铁磁或顺磁介质的温度随磁场强度的变化而变化的现象。当绝热地减小磁场时，物质的温度会降低。利用这一“绝热去磁”降温法可以得到 0.001K 的低温，是现代获得超低温的有效方法。

磁电效应 包括磁阻效应和霍耳效应等。磁阻效应指外加磁场引起某些材料的电阻率发生明显改变的现象。对于非铁磁性物体，外加磁场通常使电阻率增加，称为正磁阻效应。在低温强磁场下，磁阻效应较为显著。单晶磁体的电阻率变化与电流和磁化强度相对于晶轴的取向有关，即磁阻效应是各向异性的。

磁光效应 法拉第效应是一种典型的磁光效应。线偏振光透过放置于磁场中的物体，并沿磁场方向传播时，光的偏振面将会发生偏转。法拉第效应有许多实际应用，如制造微波隔离器、光隔离器、环行器等，并可利用此效应实现光的显示和调制等技术。

除法拉第效应外，其他磁光效应还有科顿-穆顿效应、克尔磁光效应等。磁光效应的逆效应称为光磁效应，即物质的磁性在光照射后发生变化的现象。这个效应的许多应用正在研究之中。

磁性材料（magnetic materials） 在外磁场作用下具有明显的磁化强度，即具有强磁性的固体。这类材料由磁性原子或离子构成，其磁矩呈有序排列。

材料的磁化是由外磁场 H 引起的，其磁化程度用磁化强度 M 表示： M=xH，其中 x 称为材料的磁化率，是表征材料磁化性质的参量。按磁化率x 的不同可以把磁性材料分为以下几种。

1. 顺磁性材料。磁化率 x 为正值，即磁化强度 M 的方向沿外磁场 H 的方向。在弱磁场下磁化强度正比于磁场强度；但对于较强的磁场，磁化

强度开始饱和，达到最大值。磁化率x与温度T成正比：x = C ，这一关

T

系称为居里定律。过渡金属和稀土族离子晶体的离子具有不满的价电子壳层，是产生顺磁性的根源。

1. 抗磁性材料。磁化率 x 为负值的材料。离子晶体和共价晶体具有抗磁性；它们的原子或离子具有满壳层电子结构。其抗磁性起因如下：由于电子的轨道运动，外磁场使电子产生一附加的进动，而这种进动所导致的附加磁矩方向与外磁场方向相反。抗磁材料的磁化率基本上与温度无关。 (3)铁磁性材料。磁化率可以是非常大的正数。铁磁材料的温度低于某

一值（称为居里温度）时，铁磁材料内部会出现自发磁化小区域；当温度高于居里温度时，铁磁质内部的自发磁化小区域随之消失，这时铁磁体变

为顺磁体。铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co）以及它们的合金均是铁磁材料。(4)反铁磁体。体内各原子的磁矩都整齐排列，但相邻各原子的磁矩方

向相反、数值相等，因而相互抵消而不具有固有的自发磁矩。反铁磁体的磁化率随温度变化有一个峰值，对应的温度称为尼尔温度。当高于尼尔温度时，反铁磁性消失，磁化率与温度成反比关系，即它的行为像顺磁体； 在尼尔温度以下，磁化率与磁场的取向有关。氧化锰（MnO）、二氟化铁

（FeF2）等晶体是反铁磁体。

(5)亚铁磁体。当温度低于居里点时，亚铁磁体像铁磁体，但其磁化率不如铁磁体那么大，因而它的自发磁化强度也没有铁磁体大；在高于居里温度时，它的特性逐渐变得像顺磁体。天然的磁铁矿（Fe3O4）是人类最早认识和利用的亚铁磁体。后来人们发现磁铁矿的二价铁离子被锰、镍、铜、镁等离子取代的物质也具有亚铁磁性，并统称为铁淦氧磁体，简称铁氧体。

铁氧体一般指以氧化铁（Fe2O3）为重要成分的强磁性氧化复合物。它

有两个主要特征：相当大的自发磁化强度（亚于铁磁体）和相当高的电阻率。铁氧体具有半导体的性质，因此又称为磁性半导体。铁氧体可以用作为硬磁、软磁、矩磁、旋磁和压磁等材料，并制造各种广泛应用于电子、电机、仪表、计算机等领域的元件。

磁性液体（magneticliquid） 具有磁性的一种胶状溶液，通常由具有磁性的超细微粒如四氧化三铁微粒溶于特定溶剂中制成，所用的溶剂有二酯类或油性物质等。由于磁性液体兼有磁性和液体的流动性，因此可通过磁场来控制，胜任其他固态磁性材料所不能完成的工作。近年来它的应用范围迅速扩大，主要用于轴承密封、扬声器、陀螺、加速度计、光纤连接装置、无摩擦开关、磁光器件等。国外有些国家已将磁性液体应用于纺织、印染等行业，获得了很大的经济效益。附图是应用磁性液体来达到动态密封目的的原理图。图中的导磁体和旋转轴都是用软磁材料（如纯铁） 做成的，磁性液体被充填在导磁体和旋转轴之间的气隙内。在轴旋转过程中或静止不转时，由于永磁体磁场的作用，磁性液体可被很好地定位于气隙内。由于磁性液体具有良好的流动性，因此在轴旋转时可起到润滑作用。磁性液体有一定的粘度，可保证气隙处有很好的密封性。采用这种密封技术，避免了普通轴承与轴之间的直接摩擦，因此旋转轴的转速可高达120000r/min，轴旋转的最大线速度可达到 30m/s，如用于真空密封，真空度可达 10-9。由于这种密封是非接触式密封，不会导致密封部件的磨损， 因而寿命较长，其应用前景十分广大。

磁性液体还被用来充填扬声器音圈所在的环形气隙，从而提高扬声器的输入功率，调整声压特性，减少失真，使音质得到改善，并可防止其振动膜产生共振等。磁性液体还可用于其他方面，如使用磁性农药液体以防治病虫害，调节植物生长和除草等。

■图 1 磁化曲线与磁滞回线

磁滞回线（hysteresisloop） 表示铁磁质磁滞现象的曲线。如图 1 所示，横坐标 H 为外电流所产生的、促使磁化或去磁的磁场强度，纵坐标B 为铁磁质中的磁感应强度，它的大小也反映了铁磁质的磁化程度。本来没有磁性的铁磁质进入磁化场后，便开始磁化并达到饱和，这个过程如图中曲线 Oa 所示，这段曲线称磁化曲线。以后 B 随 H 的变化情形则如图中 a、

a′两饱和点间的闭合回线所示，这闭合回线即称磁滞回线。

磁性饱和 铁磁性物质在外加磁场足够大时，其磁化强度达到极限值的现象。此时即使外磁场继续增强，磁化程度也不再增加。图中 a 点和 a

′点就表示了铁磁质的两个不同方向的磁性饱和状态，相应的磁感应强度就是饱和磁感应强度，横坐标值 Hm 就是饱和磁化所需要的外磁场强度。

剩磁 外磁场撤去后，铁磁质仍能保留一些磁性的性质。往往也把这时所保留的磁感应强度称为剩磁或顽磁，如图中 b 点或 b′点所示的磁感应强度。

矫顽力 为了使已磁化的铁磁质失去磁性而必须施加的反向外磁场强度。图中线段 Oc 或 Oc′的长度就是矫顽力。不同的铁磁质有不同的磁滞回线，主要区别就在于矫顽力的大小不同。

磁滞 铁磁质磁化和去磁过程中，磁化强度的变化落后于外磁化场变化的现象，或者说铁磁质的磁化强度不仅依赖于外磁化场强度，而且依赖于它的磁化历史的现象。例如，图中 ab 段曲线表示外磁化场强度 H 由 Hm 降为零，铁磁质内的磁感应强度 B 却不能由最大值降到零；直到反向磁化场达到一定值（矫顽力）时，B 才沿曲线 bc 降为零；反向磁化场进一步增强，B 才沿曲线 ca′由零增至反向饱和值。曲线 a′b′c′a 又反方向对称地重复了曲线 abca′的磁化过程。曲线 b′c′a 和 Oa 都表示外磁化场强度由零增到 Hm，但由于磁化历史不同，铁磁质的磁化强度也不一样。总的说来，B 的变化落后于 H 的变化，而且 B 不是 H 的单值函数。

■图 2 硬磁物质的磁滞回线

■图 3 软磁物质的磁滞回线

磁滞回线是反映铁磁质属性的重要曲线，应用中常按磁滞回线的形状把铁磁质分为如下两种主要类型：①硬磁物质：矫顽力大的铁磁质。如碳钢、钨钢、钴钢和某些铁氧体材料等。这类物质的磁滞回线形状肥大，接近于矩形。一经磁化后即能保留相当强的剩磁而不易失去，适宜制作永磁铁，广泛使用于电声、电讯、电表、电机和其他工业设备中。②软磁物质： 矫顽力小的铁磁质。如软钢、硅钢、多种合金和某些铁氧体材料等。这类物质的磁滞回线呈瘦长形状，很容易磁化和去磁，适宜制作电感元件，广泛使用于磁性天线、中周磁芯、电视偏转线圈、脉冲变压器和各种高频装置中。

另外，铁磁质沿磁滞回线反复磁化一周的磁滞损耗也与回线所包围的面积成正比。在同样频率和强度的交变磁化场作用下，硬磁物质的磁滞损耗要比软磁物质大得多。这也是工程设计中必须考虑的一个问题。

磁滞损耗（hysteresisloss） 铁磁质在交变磁场内反复磁化过程中由于磁滞而引起的能量损耗。这种损耗以温度升高、热量耗散的形式出现。磁滞损耗起源于磁畴的转动摩擦、磁畴的形变等，从而使分子振动、转动加剧。可以证明，反复磁化一次过程中的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比，故硬磁材料的磁滞损耗比软磁材料显著。在交流电器中，磁滞损耗十分有害，应尽量使之减小。例如，电工变压器和交流电机中一般都用软磁材料如硅钢片。这是因为钢内掺硅后磁导率提高，电阻率增大，不仅矫顽力降低，磁滞损耗减小，而且涡流损失也将大为减小。

次声波（infrasoundwave） 频率低于 20 赫、不能引起人耳听觉的

声波。其频率范围大致为 10-4～20 赫。早在 19 世纪，人类就已记录到火山爆发和流星爆炸所产生的次声波。第一次世界大战前后，由于火炮和炸药的出现，提供了较强的声源，促进了人们对次声在大气中传播现象的了解。现在知道：火山爆发、地震、台风、雷电、核爆炸和大型的火箭发射等，都会产生很强的次声波。

次声波的最大特点是在大气中传播时吸收小、传播距离远。大气对声波的吸收随频率下降而减少，由于次声频率低，故吸收甚小。地球表面的大气层对次声波的传播具有“声波导”的作用，因为声波在大气中的传播速度与大气温度成正比，接近地面处气温随高度的增加而降低，即沿地面传播的声速比较远离地面的声速要大，使声波的传播方向将向上弯曲。但进入大气“逆温层”时，气温随高度的增加而升高，声波在其中传播时开始向下弯曲。因此次声波在地面与逆温层之间的大气中传播时，犹如在一个以此两平面为壁的“管道”中一样，以上下往返振荡的形式向前传播而不会外逸。这正是次声波能够沿地面传得很远的原因。例如一颗氢弹爆炸时所产生的次声波可能绕地球好几圈，行程达十几万公里。

次声波检测系统包括接收、记录、探测和分析等部分。次声接收主要采用次声传声器，它能把次声信号变成电信号。次声记录主要用微机控制数据采集记录器。次声探测包括识别次声信号、测定次声波方位角和确定次声源的位置等。次声分析主要是测定次声信号的特性及其谐波成份等。次声的应用在本世纪 50 年代开始得到重视。其内容大致有以下几方

面：①监测大气中的核爆炸。在大气中核爆炸可产生很强的次声波，利用由次声传声器阵列所组成的多路接收系统，经计算机处理后即可判断进行核爆炸的时间、地点、当量以及爆炸方式等。②预测预报台风。在台风眼附近的海洋中通常形成巨浪，巨浪与狂风的撞击和摩擦会产生 8～13 赫的次声波，这种次声波将以比台风快得多的速度传播，利用台风预报仪等设备，可提前十多小时准确地检测到台风的位置、强度等。③预测自然灾害性事件。火山爆发、地震、龙卷风和雷爆等在发生前可能会辐射出次声波， 因此有可能利用它来作为前兆现象预测灾害性事件。例如大地震前，许多动物的反常现象：鸡飞上树、老鼠出洞、马不进厩等，都可能是动物受到震前发出次声波的缘故。④研究人体或动物的次声辐射还具有医学诊断的价值。如研究心脏跳动所发的次声波成份，可以判断心脏疾病等。⑤通过测定次声波与大气中其他波动的相互作用的情况，还有助于揭示电波在电离层传播中的某些规律。随着次声技术应用的发展和日趋重要，对次声波的产生、传播、接收和应用的研究愈益深入，也形成一门独立的学科—— 次声学。