【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第三章磁場(chǎng)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫(kù)（1庫(kù)倫=3×10?靜庫(kù)）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！?

§3-3磁感應(yīng)和電磁鐵

1、磁感應(yīng)

【01】在圖3·19上有一根鐵釘，它原來沒有磁性，所以不能吸引鐵屑。當(dāng)我們把一個(gè)磁體移近鐵釘之后，它就能夠吸引鐵屑了，也即具有了磁性。這說明，鐵釘被近旁的磁體磁化了，或說被磁體的磁場(chǎng)磁化了。

【02】在原來沒有磁性的鐵棒上，用絕緣導(dǎo)線（即有絕緣包皮的導(dǎo)線）繞成螺線管形（如圖3·20所示）。當(dāng)電流通過螺線管線圈時(shí)，鐵棒就具有了磁性，能夠吸引鐵屑或小鐵釘。這說明，鐵棒被螺線管里的電流的磁場(chǎng)磁化了。

【03】物質(zhì)在磁場(chǎng)中被磁化的現(xiàn)象叫做磁感應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，所有鐵磁性物質(zhì)都能夠被磁場(chǎng)感應(yīng)。鐵磁物質(zhì)被感應(yīng)磁化后，又產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，這就大大地加強(qiáng)了原來的磁場(chǎng)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)指出，有些物質(zhì)（如鐵和鋼）磁化后的附加磁場(chǎng)比原有的磁場(chǎng)強(qiáng)幾千倍以上，而另一些物質(zhì)（如鈷、鎳等)磁化后的附加磁場(chǎng)只比原有的磁場(chǎng)強(qiáng)幾十倍或幾百倍。由此可知，不同的物質(zhì)被磁化的程度是不同的。

【04】把鐵磁物質(zhì)放在通電螺線管里磁化。斷電以后，它們的磁性并不完全失去，而是有不同程度的保留。這種被保留下來的磁性叫做剩磁。軟鐵保留磁性的本領(lǐng)最小，在斷電以后它幾乎立即失去全部的磁性，所以經(jīng)常被利用來制造電磁鐵。鋼和一些合金保留磁性的本領(lǐng)很大，所以被經(jīng)常用來制造永磁體。

2、電磁鐵

【05】在螺線管里加一個(gè)軟鐵心，就制成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的電磁鐵。通常應(yīng)用的電磁鐵大多是蹄形的（如圖3·21所示），或條形的（如圖3·22所示）。圖3·23表示一只電磁起重機(jī)上的大型電磁鐵。它的內(nèi)部是一只蹄形電磁鐵，我們可以用它來搬運(yùn)重大的鐵器。

【06】實(shí)驗(yàn)和理論都指出，如果螺線管上導(dǎo)線的匝數(shù)越多，導(dǎo)線上的電流越強(qiáng)，那么電磁鐵的作用也就越強(qiáng)。因此，我們可以按照需要來決定螺線管上導(dǎo)線的匝數(shù)和通過螺線管導(dǎo)線的電流強(qiáng)度。

【07】電磁鐵在日常生活和生產(chǎn)技術(shù)上都有廣泛的應(yīng)用。

(1)電鈴

【08】圖3·24所示的是一套電鈴裝置。圖中 E 是一個(gè)蹄形電磁鐵；靠近磁極的地方有一個(gè)用軟鐵制成的彈簧振子，它的上端固定，下端與鈴錘 H 相聯(lián)；C 是一個(gè)小螺絲（銅制）。電路的連接如圖所示。當(dāng)我們撳下電鈕 P 以接通電路時(shí)，電流通過螺線管而使鐵心磁化，同時(shí)吸引振子向左運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)小錘 H 敲打鈴 A? 。當(dāng)振子向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路在 C 處斷開（簧片 S 與螺絲釘 C 分開），于是鐵心失去了磁性，在彈簧的彈力作用下振子向右運(yùn)動(dòng)恢復(fù)原位，這就又重行接通了 C 處的電路。在電磁鐵和彈簧片的交替作用下，振子不斷地左右擺動(dòng)，小錘 H 也就不斷地敲打鈴 A，直到我們松開電鈕 P 為止。

(2)電報(bào)

【09】圖3·25是說明電報(bào)工作原理的簡(jiǎn)圖。A 是發(fā)報(bào)機(jī)構(gòu)，B 是收?qǐng)?bào)機(jī)構(gòu)。發(fā)報(bào)機(jī)的主要裝置是一個(gè)銅制的發(fā)報(bào)電鍵 K 和一組電池。收?qǐng)?bào)機(jī)的主要裝置是一個(gè)由電磁鐵操縱的符號(hào)記錄器；其中 W 和 W' 是兩個(gè)能夠勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子，R 是一個(gè)滾軸。W 上卷著空自的紙條，繞過 R 后接在W'上，收?qǐng)?bào)時(shí)勻速轉(zhuǎn)動(dòng) W'，使 W 上的紙條逐漸卷上 W'? 。在靠近電磁鐵 M 的一極處有一個(gè)鐵制的杠桿 CF，F(xiàn) 是一個(gè)帶有墨水的薄邊小輪。為了節(jié)用銅，電路的一部分是銅導(dǎo)線，另一部分是借用地面（潮濕的泥土是相當(dāng)好的導(dǎo)體），稱為地線。當(dāng)發(fā)報(bào)人撳下電鍵時(shí)，電路接通，電磁鐵 M 就吸引杠桿的 C 端向下，同時(shí)小輪 F 卻向上壓緊紙條并留下畫痕。發(fā)報(bào)人松開電鍵時(shí)，電路斷開，M 就失去了磁性，這時(shí)在彈簧 S 作用下，小輪 F 離開了紙條。撳電鍵的時(shí)間長(zhǎng)一些，F(xiàn) 輪就在紙條上畫下一條長(zhǎng)痕(——)；撳的時(shí)間短一些，它就在紙條上畫下一個(gè)短痕(·)。按照規(guī)定把(——)和(·)組織起來，就表達(dá)了一定的文字意義。

【10】我國(guó)通常用的電報(bào)符號(hào)有十個(gè)，每個(gè)符號(hào)代表一個(gè)數(shù)目字（如圖3·26所示）。每四個(gè)數(shù)目字組成一個(gè)字，例如：0022（中）5478（華）0086（人）3046（民）0364（共）0735（和）0948（國(guó)）5502（萬(wàn)）2979（歲）。

【11】實(shí)際應(yīng)用的電報(bào)機(jī)比上面所講的要復(fù)雜得多，并且在每一個(gè)電報(bào)局里都有發(fā)報(bào)機(jī)和收?qǐng)?bào)機(jī)。圖3·27表示最簡(jiǎn)單的收、發(fā)裝置俱備的電報(bào)機(jī)。

(3)電磁替續(xù)器

【12】在自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離操縱方面，替續(xù)器是一種很重要的裝置。替續(xù)器的工作原理是利用弱電流電路的接通或斷開，來控制另一個(gè)強(qiáng)電流電路的接通或斷開，從而改變這個(gè)電路上的用電情況。用電磁鐵做成的替續(xù)器叫做電磁替續(xù)器。

【13】圖3·28表示一個(gè)電磁替續(xù)器的遙控示意圖。整個(gè)系統(tǒng)包含兩個(gè)電路。一個(gè)是弱電流電路，用電池做電源，串聯(lián)著一個(gè)電鍵 K 和一個(gè)電磁替續(xù)器 E? 。一個(gè)是強(qiáng)電流的電路，和電源串聯(lián)的是一系列的電解池。電鍵 K 可以裝在距離電解池很遠(yuǎn)的地方。只要一撳下電鍵 K、C 處的電路就被接通，電解池就開始工作；一松開電鍵 K、C 處電路就被斷開，電解池就停止工作。

(4)電磁選礦機(jī)

【14】在治鐵廠里為了從鐵礦中去除不含鐵的砂石，在制造純凈玻璃的工廠里為了從砂石中清除含鐵的雜質(zhì)，都可應(yīng)用電磁選礦機(jī)。圖3·29是電磁選礦機(jī)的構(gòu)造示意圖。大滾筒 R 是一個(gè)強(qiáng)電磁鐵，當(dāng)由傳送帶 B 傳送來的礦石到達(dá)大滾筒處時(shí)，鐵磁物質(zhì)被隔著皮帶的磁鐵所吸，要等它轉(zhuǎn)到皮帶下方才離開滾筒落入 T 槽，非鐵磁物質(zhì)卻直接跌入碎石機(jī) M 中被軋成粉末。

習(xí)題3-3

1、要使如附圖所示的軟鐵棒變成左端是 N 極右端是 S 極的電磁鐵，應(yīng)當(dāng)怎樣繞導(dǎo)線并怎樣通電？試作圖表示。

2、要使附圖所示的蹄形軟鐵變成 N 極在上、S 極在下的電磁鐵，應(yīng)當(dāng)怎樣繞導(dǎo)線并怎樣通電？（作圖表示）

3、在蹄形軟鐵棒上繞通電導(dǎo)線，問導(dǎo)線怎樣繞法才能不發(fā)生磁化的現(xiàn)象？

4、試詳細(xì)說明圖3·27所示的電報(bào)機(jī)之工作原理。

5、試作簡(jiǎn)圖來說明電鈴的工作原理。

6、試詳細(xì)說明圖3·28中的替續(xù)器的工作過程。

7、下圖是電磁替續(xù)器的示意圖，其中 P 是鐵片，F(xiàn) 是彈簧，K 代表工作電路的電鍵。試分析說明這種替續(xù)器的工作原理。