磁力——人类强有力的仆人

磁力——现代生活若没有它将会变成什么样子？事实上，它为我们带来电力，温暖我们的家庭、照亮道路、烹调食物以及为我们作许多日常杂务！若不是磁力作用，我们便不能享受收音机的美妙音乐、观看电视节目、及拿起电话和朋友通话。

关于这种特别力量，中国有句老话说“如磁吸铁”。海员们给它起名为“磁石”（Lodestone），意思是“引导的石”。磁的英文名字源于磁铁矿（magnetite“马尼泰特”），它盛产于小亚细亚的马尼西亚地区。可是，不论名字如何，磁铁里所含的神秘力量使它像金一样宝贵。许多君王曾对它着了迷。航海者会借着一小块磁铁而航行大洋。异教的人认为这是诸神差去引导他们的宝物。可是尽管它大受注意，古代世界却没有一人能预见我们称为磁力的东西的巨大潜能。

磁铁在今日相当易得。虽然磁铁矿并非到处皆有，但人造的强力磁铁却可用廉价购取。孩子有时玩弄一小块磁铁可以自娱数小时。由于磁铁在今日如此大量，以致不为人所注意。

可是，磁力究竟是什么？它怎样影响我们？它的神秘力量有什么来源？我们来察看一下人类这个强有力的仆人吧。

磁力的特性

用两块条状磁铁作个小小实验可以帮助我们看出磁力的基本作用。把一张纸铺在第一条磁铁上，洒点铁屑（例如从铁钉上刮下的铁屑）在纸上。用指头轻敲纸张数次便会使铁屑组成一个奇怪的图案。请留意所有细小的铁屑自行编组成行，从磁铁的一端至另一端好像作成环状。我们所看到的便是磁场的小部分。这些隐形的磁力带实际上从所有方向完全环绕着磁铁。磁铁的每一端均有个集中点，称为‘磁极’。每块磁铁的两极是不可分离的。我们若把条状磁铁切成两半，结果不是两块一半的磁铁，每块有一个磁极。反之，它变成两块完整的磁铁，每块有两极，与原有的一块无异。

现在我们已追溯到磁场和认出磁的两极，让我们再观察一下磁力的另一个有趣之点。用一条绳子缚住磁铁中部，把它悬在空中。你会留意到磁铁的一端会周围摆动，直至指向北方为止。把它移向别处它也会摆回向北。向北的磁极一端称为指北磁极，向南的一端称为指南磁极。磁的这种力量便是罗盘的根据。可是什么构成这种现象呢？

为了找出答案，我们要使用第二块磁铁。先在每块磁铁用‘北’字划着指北的一端，用‘南’字划着指南的一端。每手拿一块磁铁，把其中一块的‘北’字接近另一块的‘南’字，有什么事发生呢？似乎有一种力量将两者拉在一起。若把其中一块的方向调转，使两个‘北’字或‘南’字互相接近，那种力量却似乎把它们推开。这表明一项不变的磁力定律，那便是:异极相吸，同极相拒。

因此磁铁的一端时常向北摆动。地球本身有个磁场，它的作用与条状磁铁无异。磁场向太空伸展，集中于地球的两极。于是磁铁指北的极端遂被“地球磁场”的北极所吸引，同时却被南极所排拒。

磁力最为人所熟知的特性也许是它那吸引金属的能力。但不是所有金属均受磁力所吸。铜、铝、金、银均不受磁所吸引，但铁、钢、镍、钴、铬和其他金属却以不等的程度受磁力吸引。颇有趣地，磁铁两极的吸引力是相同的。例如，一枝铁钉会被磁铁任何一端的同样强力所吸引。

观察过磁力的这些基本特性之后使我们渴望解答若干重要问题。这种力量的来源是什么？那便是，磁力究竟是什么促成的？为什么不是所有金属均具磁性？

发现磁力的成因

为了解答上述问题，我们必须查考一下物质的基本建造材料，原子。原子由紧凑的核子群所构成，组成核子的是质子和中子，并有数目不等的电子环绕着，像我们太阳系的各行星循轨道绕日旋转一般。电子的运动其实是原子里面微量磁力作用的结果。大多数电子均是成双成对，以致在它们的磁场上彼此抵消力量。当原子里的所有电子均成双时，净磁场便成为零。由这种原子构成的金属是没有磁性的。

可是原子里若有不成双的电子，它便具有净磁力运动，正如科学家所称一般。磁力运动的力量决定这种坚硬金属的原子排列方式。大多数金属在普通温度下的原子搅动程度足以克服磁力，以致原子的磁性排列不均，胡乱地指向各方。大量原子的磁场力平均遂等于零。

然而，这样的金属当被放在另一磁场上时，它的磁性是可以诱导出来的。铬便是这样的金属。磁场的力量使它的原子变成平行地排成直线。可是一经离开这个磁场，热力的搅动又再发生作用，因而破坏了直线的排列。铬遂失去它的磁力。此类没有保留磁性的金属称为顺磁性金属。

与此相反的是，有些金属，包括铁、钴和镍的个别原子具有较强的磁力运动。这些运动是如此强有力，以致金属在熔铸时原子已成为晶体化，一个原子可受邻近的原子影响，排成直线的原子组合以本身的磁力沿轴平行。每个这样的组合实际变成小型的磁铁。可是，这些组合若是太过微小，在刚铸造出来时便会胡乱地定出方向。例如，一枝普通的铁钉便不是一块磁铁。

可是若把一块铁放在磁场内，沿着磁场排列成行的原子组合便会增长而蔓延至邻近组合，把邻近的原子也拉在一起。这种行动在金属受热或拉张时更加强烈，甚至当金属被移离磁场时，排列成行的方式依然不变。因此这块金属遂成为永久的磁铁。这种可被永久磁化的金属称为含磁铁。磁铁中的铁原子排得这么平直，显然是矿物在晶体化时受地球磁场所影响。

与磁场平行的原子组合愈多，方向胡乱的组合愈少，它所造成的永久磁铁便愈强有力。科学家们获悉，借着在强力的磁场内把金属加热或拉张，遂有最大数目的原子组合变成永久排列的直线。这样，永久性的磁铁便得以合乎经济地大量生产。

天外磁力

正如较早时候所述，地球本身是块巨大的磁石。地球的磁场是什么造成的呢？有人曾认为是地里天然磁铁矿所促成的。换句话说，他们认为地球便是一块巨大的永久性磁石。但在较近时候，由于发现地球内部的高热，已排除了这种可能性。

今日为大多数人接纳的解释是，地球的磁场乃是地心电流影响的结果，这与地球在地轴上旋转颇有关系。证据显示其他行星也是磁性的。尤其是木星，它的磁场比地球的磁场强大得多。太阳本身也有个极之强力的磁场。甚至在包括我们的太阳和千亿星体的银河系中，也有证据表明它具有磁场。

科学家们发现地球磁场在保护生物方面担任重要角色。例如从太阳表面的强烈磁性风暴（称为太阳黑点）可以见之。赤热的太阳大气层所含的巨大磁场其实比地球还大，而磁场的力量比我们地球的磁场强千倍以上。太阳不断把荷电的微粒流散放入太空，它们称为‘太阳风’。这种风可能摧毁地上生物，但我们磁场在太阳微粒未到达地球大气层之前便把它们弹回太空。磁场把它们的道路沿着磁力线转成螺旋形而溜向北极和南极地区的大气层中。即使如此，太阳上的磁性风暴若是特别猛烈，我们便可以预期不久会有一场地磁风暴可以中断无线电的传播、雷达、甚至电力的供应。它也能产生壮丽的‘极光奇观’，称为北极光和南极光。

地球的磁场也有助于保护我们不受最具破坏力的宇宙射线所侵害，因为磁场把宇宙射线转移至两极的纬度内。我们还未充分了解这个磁性“垫子”以几多种方式造益人类。但我们这颗行星的磁力担任保护生物的主要角色则是信而有征的。

电力和磁力

磁力为人类服务特别有赖于它与电力的关系。要记得原子里的磁力首先是由细小的电流所促成的。事实上，磁力和电力的关系如此密切，以致可说是彼此互为因果。怎会如此呢？

电线里面的电流使电线变成磁化。可是，电线却不会吸引其他金属，因为环绕电线的磁场是圆形的，没有确定的磁极。但电线若是卷曲作线轴上的线圈形，则每圈周围的磁场便会向邻近扩大，变成一个大磁场。电线所卷的圈愈多，产生的磁力便愈强。由于其中的电流可开可关，于是磁力也可开可关。电线在没有电流时便没有磁场。这种磁铁称为电磁铁。

电磁铁的一个简单例证是普通门钟。当你按钮时，电流通过电磁铁，把其中的一片金属吸引过来。金属片在撞向电磁铁时，遂敲响钟声。按钮的手一松，电磁铁也放开金属片，使它弹回原来位置，于是发生第二次钟声，结果遂造成人所熟闻的“叮当”之声。这种过程有时出之以较复杂的方式，把磁铁和电磁铁放在大多数电器用品的中心。

电动马达是根据电磁铁原理而制成的。简单地说来，马达内的电磁铁排列成圆形，在精密的时间距离内又开又关，电磁铁的迎拒特性使一个电动子在圈内旋转。各种力度的电动马达于是为我们作许多服务，从转动时钟的指针以至把高速火车运往目的地不等。

电器业中的开关掣、继电器、螺线管、计量器、标准计和其他工具均是根据电力与磁力间的简单关系而制成。同时，磁力能使你的声音在电话线内传到对方耳中，然后使你能听到对方的答话！你的收音机、电视机或身历声唱片机和扬声器内的电磁铁将电力震动转变为声音，以惊人的高度传真发出原音。不错，磁力使你能录下你儿子的初次学语，或女儿的第一次小提琴独奏，在多年之后可以重播那些宝贵的瞬间。

电视机上的画面是借着磁场精密集中电子光线而产生的。同一的磁力集中电子光线原理使科学家能以电子显微镜窥探极微世界。

电力与磁力的关系在相反方面也一样产生作用。产生电力的发电机以磁力为依归。强力的永久性磁铁排列成圆形，蒸汽或水力发动的涡轮使线圈通过强力的磁场旋转。金属线的旋转促使电流在线中通过。于是电流遂被转变或适当的电压，输送到我们的家中。

若说没有我们称之为人类强有力的仆人的磁力存在，则我们今日的全部电力工业也不会存在，其实并非过甚其词。

巨大的潜能

关于磁力还有许多东西可以学习。科学家对这种力量研究愈多，它的用途也愈多发现。例如，一种称为磁力流体力学的理论预示在发电方面可比今日的发电成本为低。现今多数大城市利用蒸汽涡轮发电，而蒸汽是要以化石燃料如煤等来产生的。可是，借着磁力流体力学作用来发电不但可从发电机产生电力，而且从烟囱也能如此行。方法如何？原来，烧煤所生的高热气体从磁场中通过，于是产生电流。这种革命性的新方法能把来自煤的能量转变成电力，比任何其他方法的效率为高。有些研究家声称，利用磁力流体力学作用，每吨煤的发电量可增百分之50。以磁力流体力学方法从若干种原子反应炉吸取能量也正在考虑中。

在运输方面，进一步借“磁力浮扬”作用在特别轨道上“飞行”的火车已在发展中。在火车和轨道上铺上电磁铁，使火车在轨道上浮起约一尺（30公分）高，然后以高速前进。在德国和日本所作的试验表明这种载客火车时速可达190哩（306公里）。以‘磁力浮扬’为根据的高速运输系统比其他系统对经济和环境两皆有利。例如，行动的部分不会磨损、能量消耗较少、不会污染环境和发出噪音等。

在研究磁力的较多用途方面，人仅是开始‘稍有头绪’而已。对我们的宇宙之内的强大力量增广知识无疑应当促使我们想到这些力量的创造者耶和华上帝的能力。他拥有‘大能大力’和创造了磁力——人类强有力的仆人！——诗篇147:5；以赛亚书40:26。

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在非磁化的金属中，细小原子组合的磁极方向凌乱

磁化之后，各原子组合重新排成直线，彼此平行

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环绕一条有电流过的金属线的磁场作油煎圈饼状，没有确定的磁极

线若是卷曲的，其中的电流会产生电磁，有确定的磁极

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借着“磁力浮扬”在特别轨道上“飞行”的高速火车正在发展中