磁力——人類強有力的僕人

磁力——現代生活若沒有它將會變成什麼樣子？事實上，它為我們帶來電力，溫暖我們的家庭、照亮道路、烹調食物以及為我們作許多日常雜務！若不是磁力作用，我們便不能享受收音機的美妙音樂、觀看電視節目、及拿起電話和朋友通話。

關於這種特別力量，中國有句老話說「如磁吸鐵」。海員們給它起名為「磁石」（Lodestone），意思是「引導的石」。磁的英文名字源於磁鐵礦（magnetite「馬尼泰特」），它盛產於小亞細亞的馬尼西亞地區。可是，不論名字如何，磁鐵裡所含的神秘力量使它像金一樣寶貴。許多君王曾對它著了迷。航海者會藉著一小塊磁鐵而航行大洋。異教的人認為這是諸神差去引導他們的寶物。可是儘管它大受注意，古代世界卻沒有一人能預見我們稱為磁力的東西的巨大潛能。

磁鐵在今日相當易得。雖然磁鐵礦並非到處皆有，但人造的強力磁鐵卻可用廉價購取。孩子有時玩弄一小塊磁鐵可以自娛數小時。由於磁鐵在今日如此大量，以致不為人所注意。

可是，磁力究竟是什麼？它怎樣影響我們？它的神秘力量有什麼來源？我們來察看一下人類這個強有力的僕人吧。

磁力的特性

用兩塊條狀磁鐵作個小小實驗可以幫助我們看出磁力的基本作用。把一張紙鋪在第一條磁鐵上，灑點鐵屑（例如從鐵釘上刮下的鐵屑）在紙上。用指頭輕敲紙張數次便會使鐵屑組成一個奇怪的圖案。請留意所有細小的鐵屑自行編組成行，從磁鐵的一端至另一端好像作成環狀。我們所看到的便是磁場的小部分。這些隱形的磁力帶實際上從所有方向完全環繞著磁鐵。磁鐵的每一端均有個集中點，稱為『磁極』。每塊磁鐵的兩極是不可分離的。我們若把條狀磁鐵切成兩半，結果不是兩塊一半的磁鐵，每塊有一個磁極。反之，它變成兩塊完整的磁鐵，每塊有兩極，與原有的一塊無異。

現在我們已追溯到磁場和認出磁的兩極，讓我們再觀察一下磁力的另一個有趣之點。用一條繩子縛住磁鐵中部，把它懸在空中。你會留意到磁鐵的一端會周圍擺動，直至指向北方為止。把它移向別處它也會擺回向北。向北的磁極一端稱為指北磁極，向南的一端稱為指南磁極。磁的這種力量便是羅盤的根據。可是什麼構成這種現象呢？

為了找出答案，我們要使用第二塊磁鐵。先在每塊磁鐵用『北』字劃著指北的一端，用『南』字劃著指南的一端。每手拿一塊磁鐵，把其中一塊的『北』字接近另一塊的『南』字，有什麼事發生呢？似乎有一種力量將兩者拉在一起。若把其中一塊的方向調轉，使兩個『北』字或『南』字互相接近，那種力量卻似乎把它們推開。這表明一項不變的磁力定律，那便是:異極相吸，同極相拒。

因此磁鐵的一端時常向北擺動。地球本身有個磁場，它的作用與條狀磁鐵無異。磁場向太空伸展，集中於地球的兩極。於是磁鐵指北的極端遂被「地球磁場」的北極所吸引，同時卻被南極所排拒。

磁力最為人所熟知的特性也許是它那吸引金屬的能力。但不是所有金屬均受磁力所吸。銅、鋁、金、銀均不受磁所吸引，但鐵、鋼、鎳、鈷、鉻和其他金屬卻以不等的程度受磁力吸引。頗有趣地，磁鐵兩極的吸引力是相同的。例如，一枝鐵釘會被磁鐵任何一端的同樣強力所吸引。

觀察過磁力的這些基本特性之後使我們渴望解答若干重要問題。這種力量的來源是什麼？那便是，磁力究竟是什麼促成的？為什麼不是所有金屬均具磁性？

發現磁力的成因

為了解答上述問題，我們必須查考一下物質的基本建造材料，原子。原子由緊湊的核子群所構成，組成核子的是質子和中子，並有數目不等的電子環繞著，像我們太陽系的各行星循軌道繞日旋轉一般。電子的運動其實是原子裡面微量磁力作用的結果。大多數電子均是成雙成對，以致在它們的磁場上彼此抵消力量。當原子裡的所有電子均成雙時，淨磁場便成為零。由這種原子構成的金屬是沒有磁性的。

可是原子裡若有不成雙的電子，它便具有淨磁力運動，正如科學家所稱一般。磁力運動的力量決定這種堅硬金屬的原子排列方式。大多數金屬在普通溫度下的原子攪動程度足以克服磁力，以致原子的磁性排列不均，胡亂地指向各方。大量原子的磁場力平均遂等於零。

然而，這樣的金屬當被放在另一磁場上時，它的磁性是可以誘導出來的。鉻便是這樣的金屬。磁場的力量使它的原子變成平行地排成直線。可是一經離開這個磁場，熱力的攪動又再發生作用，因而破壞了直線的排列。鉻遂失去它的磁力。此類沒有保留磁性的金屬稱為順磁性金屬。

與此相反的是，有些金屬，包括鐵、鈷和鎳的個別原子具有較強的磁力運動。這些運動是如此強有力，以致金屬在鎔鑄時原子已成為晶體化，一個原子可受鄰近的原子影響，排成直線的原子組合以本身的磁力沿軸平行。每個這樣的組合實際變成小型的磁鐵。可是，這些組合若是太過微小，在剛鑄造出來時便會胡亂地定出方向。例如，一枝普通的鐵釘便不是一塊磁鐵。

可是若把一塊鐵放在磁場內，沿著磁場排列成行的原子組合便會增長而蔓延至鄰近組合，把鄰近的原子也拉在一起。這種行動在金屬受熱或拉張時更加強烈，甚至當金屬被移離磁場時，排列成行的方式依然不變。因此這塊金屬遂成為永久的磁鐵。這種可被永久磁化的金屬稱為含磁鐵。磁鐵中的鐵原子排得這麼平直，顯然是礦物在晶體化時受地球磁場所影響。

與磁場平行的原子組合愈多，方向胡亂的組合愈少，它所造成的永久磁鐵便愈強有力。科學家們獲悉，藉著在強力的磁場內把金屬加熱或拉張，遂有最大數目的原子組合變成永久排列的直線。這樣，永久性的磁鐵便得以合乎經濟地大量生產。

天外磁力

正如較早時候所述，地球本身是塊巨大的磁石。地球的磁場是什麼造成的呢？有人曾認為是地裡天然磁鐵礦所促成的。換句話說，他們認為地球便是一塊巨大的永久性磁石。但在較近時候，由於發現地球內部的高熱，已排除了這種可能性。

今日為大多數人接納的解釋是，地球的磁場乃是地心電流影響的結果，這與地球在地軸上旋轉頗有關係。證據顯示其他行星也是磁性的。尤其是木星，它的磁場比地球的磁場強大得多。太陽本身也有個極之強力的磁場。甚至在包括我們的太陽和千億星體的銀河系中，也有證據表明它具有磁場。

科學家們發現地球磁場在保護生物方面擔任重要角色。例如從太陽表面的強烈磁性風暴（稱為太陽黑點）可以見之。赤熱的太陽大氣層所含的巨大磁場其實比地球還大，而磁場的力量比我們地球的磁場強千倍以上。太陽不斷把荷電的微粒流散放入太空，它們稱為『太陽風』。這種風可能摧毀地上生物，但我們磁場在太陽微粒未到達地球大氣層之前便把它們彈回太空。磁場把它們的道路沿著磁力線轉成螺旋形而溜向北極和南極地區的大氣層中。即使如此，太陽上的磁性風暴若是特別猛烈，我們便可以預期不久會有一場地磁風暴可以中斷無線電的傳播、雷達、甚至電力的供應。它也能產生壯麗的『極光奇觀』，稱為北極光和南極光。

地球的磁場也有助於保護我們不受最具破壞力的宇宙射線所侵害，因為磁場把宇宙射線轉移至兩極的緯度內。我們還未充分了解這個磁性「墊子」以幾多種方式造益人類。但我們這顆行星的磁力擔任保護生物的主要角色則是信而有徵的。

電力和磁力

磁力為人類服務特別有賴於它與電力的關係。要記得原子裡的磁力首先是由細小的電流所促成的。事實上，磁力和電力的關係如此密切，以致可說是彼此互為因果。怎會如此呢？

電線裡面的電流使電線變成磁化。可是，電線卻不會吸引其他金屬，因為環繞電線的磁場是圓形的，沒有確定的磁極。但電線若是捲曲作線軸上的線圈形，則每圈周圍的磁場便會向鄰近擴大，變成一個大磁場。電線所捲的圈愈多，產生的磁力便愈強。由於其中的電流可開可關，於是磁力也可開可關。電線在沒有電流時便沒有磁場。這種磁鐵稱為電磁鐵。

電磁鐵的一個簡單例證是普通門鐘。當你按鈕時，電流通過電磁鐵，把其中的一片金屬吸引過來。金屬片在撞向電磁鐵時，遂敲響鐘聲。按鈕的手一鬆，電磁鐵也放開金屬片，使它彈回原來位置，於是發生第二次鐘聲，結果遂造成人所熟聞的「叮噹」之聲。這種過程有時出之以較複雜的方式，把磁鐵和電磁鐵放在大多數電器用品的中心。

電動馬達是根據電磁鐵原理而製成的。簡單地說來，馬達內的電磁鐵排列成圓形，在精密的時間距離內又開又關，電磁鐵的迎拒特性使一個電動子在圈內旋轉。各種力度的電動馬達於是為我們作許多服務，從轉動時鐘的指針以至把高速火車運往目的地不等。

電器業中的開關掣、繼電器、螺線管、計量器、標準計和其他工具均是根據電力與磁力間的簡單關係而製成。同時，磁力能使你的聲音在電話線內傳到對方耳中，然後使你能聽到對方的答話！你的收音機、電視機或身歷聲唱片機和揚聲器內的電磁鐵將電力震動轉變為聲音，以驚人的高度傳真發出原音。不錯，磁力使你能錄下你兒子的初次學語，或女兒的第一次小提琴獨奏，在多年之後可以重播那些寶貴的瞬間。

電視機上的畫面是藉著磁場精密集中電子光線而產生的。同一的磁力集中電子光線原理使科學家能以電子顯微鏡窺探極微世界。

電力與磁力的關係在相反方面也一樣產生作用。產生電力的發電機以磁力為依歸。強力的永久性磁鐵排列成圓形，蒸汽或水力發動的渦輪使線圈通過強力的磁場旋轉。金屬線的旋轉促使電流在線中通過。於是電流遂被轉變或適當的電壓，輸送到我們的家中。

若說沒有我們稱之為人類強有力的僕人的磁力存在，則我們今日的全部電力工業也不會存在，其實並非過甚其詞。

巨大的潛能

關於磁力還有許多東西可以學習。科學家對這種力量研究愈多，它的用途也愈多發現。例如，一種稱為磁力流體力學的理論預示在發電方面可比今日的發電成本為低。現今多數大城市利用蒸汽渦輪發電，而蒸汽是要以化石燃料如煤等來產生的。可是，藉著磁力流體力學作用來發電不但可從發電機產生電力，而且從煙囪也能如此行。方法如何？原來，燒煤所生的高熱氣體從磁場中通過，於是產生電流。這種革命性的新方法能把來自煤的能量轉變成電力，比任何其他方法的效率為高。有些研究家聲稱，利用磁力流體力學作用，每噸煤的發電量可增百分之50。以磁力流體力學方法從若干種原子反應爐吸取能量也正在考慮中。

在運輸方面，進一步藉「磁力浮揚」作用在特別軌道上「飛行」的火車已在發展中。在火車和軌道上鋪上電磁鐵，使火車在軌道上浮起約一呎（30公分）高，然後以高速前進。在德國和日本所作的試驗表明這種載客火車時速可達190哩（306公里）。以『磁力浮揚』為根據的高速運輸系統比其他系統對經濟和環境兩皆有利。例如，行動的部分不會磨損、能量消耗較少、不會污染環境和發出噪音等。

在研究磁力的較多用途方面，人僅是開始『稍有頭緒』而已。對我們的宇宙之內的強大力量增廣知識無疑應當促使我們想到這些力量的創造者耶和華上帝的能力。他擁有『大能大力』和創造了磁力——人類強有力的僕人！——詩篇147:5；以賽亞書40:26。

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在非磁化的金屬中，細小原子組合的磁極方向凌亂

磁化之後，各原子組合重新排成直線，彼此平行

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環繞一條有電流過的金屬線的磁場作油煎圈餅狀，沒有確定的磁極

線若是捲曲的，其中的電流會產生電磁，有確定的磁極

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藉著「磁力浮揚」在特別軌道上「飛行」的高速火車正在發展中