地磁场的产生原因和影响

地磁场的产生原因和影响
地磁场的产生原因和影响

地磁场的产生原因和影响(上)

关于地磁场的产生原因,目前,科学理论上还没有一个令人信服的说法,但是对于磁性的产生原因,比较公认的说法是:“一切磁现象都是由电流引起的”。根据这个道理,不少认为地磁场是由地下电流引起的,那么,维持地下持续电流存在的条件是什么电源是什么没有人能够解释清楚!

其实,目前的科学理论存在有很大的问题,造成对许多现象的不能够解释,为了促进科学的发展,就需要对过去的理论进行改造,甚至是一些权威的理论,该淘汰的应该予以探讨和废除,只有这样,科学才能取得发展和进步。

一、基本概念需要更新

1、“场”:

在人们的思维习惯中,“场”指的是某个“场所”或者是某个“地方”,比如:会场——开会的地方,广场——集会的地方,本意上指的是某个“区域”或者是某个“空间”,在物理学上,“场”指的是“空间力”,或者说是存在某种力的空间,比如说:存在有电力的空间称为电场,存在有磁力的空间称为磁场,存在有引力的空间称为引力场。

在研究电荷之间的相互作用时,电荷对电荷的相互作用力,并不需要电荷之间的直接接触,于是认为电荷能够在其周围空间产生一种特殊的物质——电场,因此,把电场当作是一种特殊的物质,从物理学意义上讲,“力”指的是物体之间的一种相互的作用,那么,物体与物体之间的相互作用怎么能够称为是一种“特殊的物质”呢显然,把“场”描述为是一种特殊的物质是不合适的。这是“科学概念”的发展过程中不完善遗留下来的问题。

在自然界中,电荷能够对其它电荷产生作用力,是因为它能够向外发射一种人们看不见的“高速的带电物质流”,这种“高速的带电物质流”与其它电荷发生碰撞能够使其受到作用力,这是一种特殊的物质,我们把它称为“电场作用线”,因为,它能够产生“电力效应”,因此,又可以把它简称为电力线。因此,我们对“场”(或者是作用场)的定义是:

“作用场”是指明显存在有“场作用线”的空间,它是一个特殊的空间。那么:明显存在有电力线的空间称为是电场;明显存在有磁力线的空间称为是磁场,明显存在有引力线的空间称为是引力场。

2、“作用场的组成要素”有两个:即场源和场作用线。

3、过去认为:“一切磁现象都是由电流引起的”,如今应该调整为,“一切磁现象都是由电力线横向位移而产生的”,它是电力线在空间横向位移而体现出来的物质形态。

4、自然界中物质的存在形态

在自然界中,物质存在的基本形态有三种:实物、能量粒子、场作用线。

实物是指由原子、分子和基本粒子以及它们的聚集态而组成的客观实体;

能量粒子是指从实体上发射出来的以光速运动的电中性的物质微粒;

场作用线是指从客观实体上发射出来以光速运动的带电的物质流;

(参见《场作用线位移理论》之讨论)

二、单电子绕核产生的磁矩

在自然界中,电子是带最小电量的微粒,称为元电荷,它能够向外发射负电性的电力线,当电子在原子核外做平面式的圆周运动时,由于圆周电力线的条数和横向位移的速度都大于圆周内的,因此,在单电子轨道平面的垂直方位上,能够显示出磁性,磁力线方向是圆周外围的磁力线方向,这称为单电子轨道的磁矩。

其产生机理如下图所示,电子在原子核外沿顺时针方向做平面圆周的绕核运动,由于电子

外围电力线的横向位移,产生的磁力线方向是:在圆周外围磁力线方向是穿出纸面,在圆周内部磁力线是穿入纸面,其强度是内外磁力线强度之差,即显示的是圆周外围的磁力线方向,这是单电子轨道产生的磁矩,如图(1—1)所示。

三、单电子轨道产生的磁场

单电子绕核不仅能够产生磁矩,同时在它的绕核圆周上能够产生一种“管道式的磁场”,磁场是指明显存在有磁力线的空间(区域),因此,“管道式的磁场”的管道壁是由磁力线组成的,这种磁力场称为是微观磁力场——“微场”,它的产生机理是:

如图(1—2)所示,电子直线运动时,由于负电性电力线的横向位移产生的磁是以运动线径为圆心的同心圆,这些同心圆的疏密程度与同心圆的半径平方成反比(图b),从侧面看,这种磁力线组成的很像一个“短式弹簧”(图a)。

当电子在原子核外以极小半径做绕核运动时,产生的磁就是以“短式弹簧”为基础,划过一周而形成的形状,很像一个圈成圆周的圈簧,这是存在于绕核圆周上的微观磁力场。可见,单电子绕核,不仅能够产生“单电子轨道磁矩”,而且,还能够产生一个“微观磁力场”。

(注:在过去的研究中,由于电力线和磁力线这些场作用线是看不见的,所以理论上认为它们是不存在的,给微观运动的研究带来了困难,同时也制约了科学的发展,因此,电场作用线的发现,是人类科学发展史上的一个伟大的进步。

本文笔者之所以讨论电子绕核产生的“磁矩”和“微观磁力场”,是因为“磁矩”是一切磁体对外显示磁性的根本,而“微观磁力场”能够对其它绕核电子产生磁力束缚作用而形成一个“双电子轨道”,不论是“微观磁力场”还是“双电子轨道”都是前人尚未知晓的客观存在,属于重大的科学发现!

“双电子轨道”是两个电子在同一个微场平面沿相反方向绕核而形成的电子轨道,由于两个电子沿相反方向绕核,它们能够产生两个相反的磁矩,相互抵消,也就是说,“双电子轨道”对外则不能够显示出磁性。关于双电子轨道的产生机理,请参见《双电子轨道理论》之探讨。)

四、铁原子的微场结构形态

在原子结构中,原子核位于原子的中心,电子绕核能够形成“单电子轨道”和“双电子轨道”,它们都具有确定的平面,在原子核外能够沿着一个确定的轴线而定轴交叉,这样的结构称为原子的微场结构形态,简称为“微场模式”,“微场模式”的发现,对于研究原子结构和分子结构,具有非常重要的意义。

在“微场模式”中,“微场”磁力线具有横向位移特点,因此,它对正电荷具有排斥作用,微场与微场之间也是相互排斥的,这样,电子在原子核外分层排布,实际上就是微场的分层排布,每层的电子轨道是四个微场平面的定轴交叉,随着原子半径的增大,内层轨道能够出现叠交的状况而形成“过渡性元素”,在叠交轨道中,如果存在一个“单电子轨道”,它对外就能够显示出直线式的磁性,既它的磁力线是直线的,如果存在两个“单电子轨道”,对外则能够显示出“曲线磁性”,既它的磁力线是曲线的。

在铁的原子结构中,原子的内层电子就存在两个“单电子轨道”,如果铁与硅形成合金,则称为“矽钢”,内层两个单电子轨道仍然存在,内层原子实对外显示出曲线磁性,在外加磁场的作用下,能够随着外加磁场的变化而“受迫运动”,因此,它可以用来制作电动机和变压器的铁芯,如果铁与碳形成合金,铁原子的内层有一个“单电子轨道”与碳原子形成双电子轨道,双电子轨道像“橡皮筋”一样,把内层原子实“捆绑”,此时,内层原子实是一个直线的磁球,在外加强磁场在作用下,能够与外加磁场方向一直而被磁化,当外加磁场撤消以后,磁性仍然存在,显示出硬磁性材料特征,如果铁与铬以8:1的比例形成合金,内层两个“单电子轨道”与铬形成了“捆绑”,其捆绑强度一般不能够被酸或碱破坏,则成为“不锈钢”材料,此时,如果完全没有单电子轨道时,这种不锈钢是不能够被磁化的,也不能够被磁铁吸引。

在铁原子的结构中,外层电子有两个,是两个单电子轨道,如图(1—3a)所示。铁原子的内层电子是4x2式叠交轨道,也就是说,内层电子轨道是四个平面的定轴交叉,其中有两个双电子轨道与双电子轨道的叠交,分别占00和900方位,有一个双电子轨道和一个单电子轨道的叠交,占450和1350,如图(b)所示。因为,铁原子内层存在两个叠交式的单电子轨道,因此,对外显示两个单位的曲线磁,如图(d)所示。

在一氧化铁的氧化物中,铁元素的外层两个电子与氧原子形成双电子轨道,内层电子没有参与化合,此时,铁原子的原子实是曲线的磁性,如图(1—3d)所示,而在三氧化二铁中,铁原子除了外层两个电子参与化学键以外(形成绕两个原子旋转的双电子轨道),内层有一个电子也参与了化学键,(双电子轨道像橡皮筋,从内层与外面的原子形成了捆绑),此时的铁原子是三价的,内层还存在一个叠交式的单电子轨道,对外显示的是直线磁,图中虚线所示,在四氧化三铁中,它是一氧化铁和三氧化二铁的合成,对外显示出一个单位的直线磁和两个单位的曲线磁,是天然的永磁体。

在化学元素周期表中,第四周期除了铁原子之外,还有钴和镍,它们的内层也存在有叠交式的单电子轨道,不论是4x2式,还是3x3式的,对外都能够显示出固有的磁性,因此,含有这些元素的的合金或者是化合物,在外加磁场的作用下,能够被磁化而显示出铁磁性特点,如果一些过渡性元素与氧原子形成化合物以后,其内层存在有单电子轨道,这些都属于铁磁性材料。

五、地磁场的产生原因

科学研究表明,地球的内部有一个很大很大的铁质地核,不论它是合金态的铁还是氧化态的铁,其原子的内层电子都存在有“叠交式的单电子轨道”,对外能够显示出其固有的磁性,这就是地磁,由于它处于地球的中心部位,质量很大,其磁性也很强,因此,地磁场的磁力线可以分布在整个地球的内部和地球的外部空间,这些磁力线是看不见的物质存在,在地球的表层附近,一些带有磁性的矿石,它们在自己的运动中或者是它们在自己的沉降过程中,要受到地磁场的作用,根据同名磁极排斥,异名磁极吸引的原理,其磁极方向也就会与地磁场方向相反,并不是什么地磁场的磁极倒转。在地球外围接近地面的区域,地磁场的磁力线受到地面下磁性物质的影响,其磁力线的随地理位置的不同而有差异。

地磁场产生的原因和影响(中)

关于地磁场的产生原因,目前,科学理论上还没有一个统一的说法,但是对于磁性的产生原因,比较公认的说法是:“一切磁现象都是由电流引起的”。根据这个道理,许多学者认为地磁场是由地下电流引起的,那么,维持地下电流的条件是什么没有人能够解释清楚!

其实,地磁是地球中心的铁质地核对外显示的,铁核本身就具有磁性,而这个磁是由铁的原子结构决定的,目前,微观的力学理论还存在有相当的问题,电子云理论是想像力的产物,本质上是不存在的东西,所以,有时候物理理论的发展能够促进化学理论的变革,同时,化学现象又能够引证物理物理理论,比如,在各种作用场中,存在有看不见的场作用线,这些场作用线的发现和描述,就能够促进科学的发展,同时也可以用它来解释一些客观的现象,就需要我们去正确的对待它。

六、地磁场的磁力线分布

在地球的内部,由于存在一个质量很大的铁核,能够对外显示出电磁性,因此,在地球的表面和外围空间,存在有人们看不见的地磁场磁力线,其分布特征与“条形磁铁”外围的磁力线相似,离地面越远,其电磁场的磁力线分布越稀疏。

然而,地球并不是静止的,而是以一定的速度绕日“公转”,因此,电磁场的磁力线在地球运动的前方,存在“拉位性”磁力线密集,在地球半径的11倍的高层空间,磁力线密集的程度尤为集中,这是人造卫星探测到的,被科学家们称为是磁层,而在地球运动的后方,也存在“拉位性”磁力线疏散,被科学家们称为是磁尾,其边沿目前还没有测定清楚。

在地磁场的南北两极,像条形磁铁一样,是磁力线最为密集的地方,磁力线的密度最大,磁场强度最强烈,所以,来自太阳风中的带电粒子在这里就会发生很大程度的偏转,与空气分子发生碰撞造成空气分子发生电离的几率也就比其它地方大的多,这些被电离的空气分子再结合为分子时,就会向外发射出光子,这就是极光,因此,当太阳发生耀斑时,大量的带电粒子通过地球北极时,就会形成颜色斑斓的极光,尤其是在夜晚,颜色更为鲜艳夺目,白天也是可以产生激光的,只是白天受太阳光的影响,不容易看到罢了。

下图是地球外围磁力线的图示和一组张北极光的照片,去请读者欣赏

七、地磁场的磁极方向

电磁场的磁极方向按道理不需要在这里介绍,因为,在初中物理里面就有介绍,地磁场的N 极在地理南极的附近,电磁场的S极在地理北极附近,并且随时间的流逝而移动着。地磁场磁力线与地轴的夹角称为磁偏角,各地磁偏角的大小与它所在的地理位置有关,有些地方大一些,有些地方小一些。

此外,由于太阳风中的带正电粒子进入地球磁层以后,要受到偏向东的“洛仑兹力”在作用而发生偏转,根据牛顿第三运动定律,物体之的力都是相互的,所以,地磁场能够受到带电粒子偏向西的反作用力,因此,地磁场就会向西而偏转,表现在客观上就是地磁极的迁移。

在上文的讨论中,我们说地磁场的产生原因是地球内部有一个质量很大的铁质地核,由于铁元素的内层存在有叠交式的“单电子轨道”,对外能够显示出固有的磁性,这种磁包括直线磁和曲线磁,所以,在地球表层附近,带磁性的含铁矿石,它们的自由态或者是在沉降的过程中,由于受到地磁场的作用,其磁性方向与地磁场的方向相反,所以,一些学者认为这是地磁的倒转,实际上,这是一种误解,地球在若干年的运动过程中,地磁场是不会发生磁极倒转的,因为,没有这样的外因条件,也没有这样的内因基础。

八、地磁层存在的意义

人类生活在地球上,对地磁层是近代人造地球卫星出现以后才测定到的,那么,地磁层的存在对人类的存在有什么意义呢

第一、它保护了地球大气的存在,不被太阳风吹跑!

地球外围有一层厚厚的大气,而太阳每时每刻地向外发射着太阳风,太阳风的成分包括:带电粒子(带正电的粒子和带负电的离子)、能量粒子(可见光、红外线、紫外线、X射线等)和电中性的中子,其中带电粒子对空气分子的碰撞力最大,像彗星运动到太阳附近一样,彗星上的物质会沿着太阳风的方向被吹走,为什么地球上的空气不被吹跑呢这就是地磁层存在的第一个意义。

大家知道,带电粒子在磁场中会受到磁场的作用而发生偏转,这种力称为“洛仑兹力”,其方向可以用左手去判定:

伸出左手,让大拇指与其余四指垂直在同一个平面内,手心对准磁场北极,四指指向正电荷运动的方向,那么,大拇指所指的方向,就是正电荷受力的方向。

根据这个判定,太阳风中带正电的粒子进入地球磁层以后,会受到洛仑兹力而想东偏转,带负电的离子受到洛仑兹力会向西运动,由于它们受到地磁场的作用力而发生了偏转,不能够直线运动去吹动地球上的大气,所以,保护了地球大气的存在,同时,也保护了水分的存在,因为,水能够蒸发而成为气体,如果被太阳风吹走,地球上的生命就不存在了,人类也就不存在了。

月球上之所以没有空气,是因为它没有比较强的月球磁层,并不是它的引力小而吸引不住空气!

第二、它保护了地球生命体不受伤害

在太阳风的辐射中,对生命体能够造成直接伤害的还是各种带电粒子,由于这些带电粒子受到地球磁层的作用而发生偏转,不能够直接射到地面上来,因此,它保护了地球上的生命体,同时也保护了人类。

第三、它保护了地球上的一些用电器

在太阳风的辐射物中,仍然是带电粒子对地球上的各种物体具有破坏作用,它像一发一发的炮弹,如果打击到各种物体上,就会造成物体表面的破坏,尤其是用电器的电路以及它们的绝缘层,据一些资料显示,如果太阳发生“磁暴”,会干扰地球磁层,此时,许多的能量比较大的带电粒子射到地面上来,它能够穿透用电器的外壳,这些用电器的绝缘层受到破坏而造成短路,某变电站变压器的着火,就是这个原因造成的。

第四、它是电离层产生的重要因素

在太阳风的辐射物中,带电粒子的偏转,能够与大量的空气分子发生碰撞,造成空气分子的电离,所谓电离,是指带电粒子与空气分子碰撞,把绕核电子打出“双电子轨道”而形成带

电的空气分子和自由电子的现象,这些“自由电子”对反射电磁波有重要作用,如果没有电离层的存在,人类的无线电通讯就会受到影响。

第五、它是产生臭氧层的重要条件

在太阳风的辐射物中,带电粒子的偏转能够与大量的空气分子发生碰撞使空气分子发生电离,其中有被电离的氧气分子和氧原子,它们在重新结合为分子的过程,有些结合为臭氧分子,在这些含有大量臭氧分子的区域,被科学家们称为臭氧层,说它们可以阻挡紫外线,它对地球生命体具有保护作用。

最近几年人们利用人造卫星发现,在地球南极的上空,存在有“臭氧空洞”,所谓臭氧空洞是指地球的上层空间臭氧含量非常少区域,科学家们认为这是人类活动,有大量“氟利昂”泄露,破坏了臭氧,造成了臭氧空洞的出现,那么,没有人提问:为什么在人类生活的北半球的上层空间没有臭氧空洞,而在人迹没有的南极上空出现臭氧空洞呢

实际上,在南极的上空某一定的区域,由于地磁场磁力线与太阳风射来的方向一致,大量的带电粒子不能够受到“洛仑兹力”而发生“有效偏转”,不能够与空气分子发生碰撞,使空气分子发生电离,因此,氧离子和氧原子结合为臭氧的几率降低,这样就出现了在一区域的臭氧稀薄,也就是所谓的臭氧空洞,造成“臭氧空洞”的罪魁祸首不一定是“氟利昂”!

地磁场的产生原因和影响(下)

侯马市教研室王玉生

关于地磁场的产生原因,目前,科学理论上还没有一个令人信服的说法,但是对于磁性的产生原因,比较公认的说法是:“一切磁现象都是由电流引起的”。根据这个道理,不少认为地磁场是由地下电流引起的,那么,维持地下持续电流存在的条件是什么电源是什么没有人能够解释清楚!

九、地磁场磁力线存在的意义

所谓地磁场是指在地球周围存在有磁力线的空间,地球外围的磁力线是地球内部铁质地心具有的磁性,而这种磁性是以磁力线的形式而对外显示,因此,地球周围存在有磁力线的空间称为地磁场,地磁场的存在,首先是人们可以利用它指示方向(使用指南针),这对航海、探险以及科学考察有重要意义。

此外在夏季,空气的温度比较高,在太阳光的辐射下,空气分子就能够发生电离,因此,空气中存在大量的带电粒子,包括许多的漂浮电子,在风力的作用下,这些带电粒子在地磁场中运动就会受到“洛仑兹力”而发生偏转,由于带正电性的和带负电的受到“洛仑兹力”方向相反,这样就能够形成大量的带电的云团,由于带电云团之间容易出现放电,这就是雷电,雷电的产生对臭氧的形成有非常积极的意义,人们都说臭氧能够阻挡紫外线,对保护地球的生命有重要的作用,此外,雷电的产生能够使空气中的氮与氧化合而形成氮的氧化物,对于

促进植物的光合作用有非常积极的作用。

十、地球磁层受到的干扰

地球磁层是一些磁力线的密集层,如果受到某种干扰就会出现暂时性的破坏,能够造成地球磁层干扰和破坏的因素有多种,其中,太阳风中大量带电粒子的“入侵”,是第一种破坏因素。

大家知道,运动电荷能够产生磁,这种磁的磁力线是一些以带电粒子的运动线径为圆心的同心圆,如果太阳风中有大量的带电粒子,它们产生的圆周式的磁力线运动到地球磁层,就会造成地球磁层磁力线的“形变”,这是它能够造成地磁层破坏的机理。

第二种是地球发生重大的地震的时候,也够造成地球磁层的破坏,这些是自然界出现的破坏因素,比如:在2008年5月12日12时28分发生的汶川大地震,地震发生时,地球磁层遭到破坏,电离层消失,无线电讯号中断。

第三种是地球受到外来天体的撞击,此时,地磁层也会受到干扰而破坏。

十一、文章中的基本概念的注解

1、“单电子轨道”:是指一个电子在原子核外绕核所形成的轨道,根据常规力学原理,原子核对电子的吸引力等于电子绕核所需的向心力,即:

k Qe / r2 = m v2 / r

这是一种纯圆周运动,对于不同的原子,它们的原子半径不相同,原子核的正电性的强度不一样,因此,单电子轨道中电子的绕核速度也是不相同的。此外,单电子绕核能够产生一种“微观磁力场”,简称为“微场”,而这种“微场”对自身电子不具有磁力束缚作用,因此,单电子在原子核外绕核也不具有波动性,在外加电场的作用下,容易改变原来的圆周轨道,尤其是在相邻正电性原子的吸引下,能够被相邻原子吸引而形成绕两个原子旋转的电子轨道,即形成了分子轨道。

2、“双电子轨道”:是两个电子在原子核外做绕核运动时,能够形成一个在同一个“微场平面”内沿相反方向绕核的电子轨道。比如:一个电子沿顺时针方向绕核,那么,第二个电子就会在它产生的微场中,沿逆时针方向绕核,于是,当这两个电子在管道中相遇时,由于同性电荷的排斥作用,绕核速度减小,绕核半径变小,当它们向背时,绕核速度增大,绕核半径变大,因此,这两个电子在双电子轨道中是“上下波动”的,同理,两个电子在相遇点,由于彼此的排斥作用,相互远离,同时又受到“微场”的束缚作用而偏向微场场心,因此,

这两个电子在双电子轨道中又是“左右摆动”的,两个电子的这种“上下波动”和“左右摆动”的合运动,就是一种螺旋式的“轨迹波”运动,所谓“轨迹波”,是指它的运动轨迹是“波线”或者说是“螺旋式曲线”,但它本身仍然是粒子的运动。

(注:现代理论认为,微观粒子都具有波粒二象性,这是唯物主义的观点,其实这是唯心主义的观点,从物理学角度上讲,粒子是客观实体,它在空间的运动,是质点在空间的移动,而“波”是振动的传播形式,需要有传播它的介质——媒质,其传播过程是介质的质点的振动,而不是质点在空间的移动,关于光子的波动问题,笔者另文讨论。)

两个电子在同一个管道中沿相反方向做圆周运动,那么,管道的内径应该等于两个电子的直径,并且,两个电子做轨迹波的波长的整数倍应该等于管道的圆周长,

即:nλ = 2πR

(此关系式对于分析波尔假设条件的合理性非常重要)

只有这样,他们才不会发生迎面碰撞,它们在双电子轨道中才是稳定的,如果发生迎面的擦边碰撞,就会向外发射出一个光子,从而降低绕核速度。

因此,“双电子轨道”的发现,对于搞清楚物体的发光,具有突破性意义!此外,两个电子在“双电子轨道”中的相遇点,即绕到原子核的一侧,对外显示两个单位的负电性,对原子核具有吸引作用,原子核就会向相遇点产生加速度,当两个电子绕到另一侧的相遇点,原子核又向这个相遇点产生加速度,因此,原子核在双电子轨道的平面内,是左右振动的,并且有绕核频率等于振动频率,

即:ν绕 = ν振

(此关系式对于认识热运动的本质,具有非常重要的意义)

这就是人们知道的热运动,可见,电子的绕核速度越大,其绕核频率也越大,物体的温度也越高,所以,“双电子轨道”的发现,对于人们认识热运动的本质,具有非常重要的作用!

3、“微场模式”:是指原子的一种微场结构形态,原子核位于原子的中心,原子核外的电子是一些由单电子轨道和双电子轨道沿一个确定的轴线而交叉的结构形式,一般原子的最外层电子只能够形成一个四个微场平面的定轴交叉,这就是一般原子最外层只能够容纳8个电子的原因。

在微场模式中,原子核对外显示一定强度的正电性,它的外围存在正电性的电场作用线,所以原子的外围是一个存在有电场作用线的区域,是一个“点电场”,其外围某点处的电场强度,与原子核中所带质子数量成正比,与原子的距离平方成反比。即:

E = k Ze2/ R2

所以,这是典型的点电场特点。在具体研究时,需要考虑外围电场强度是受到内层电子屏蔽以后的强度,但是,微场模式的发现,对于利用常规力学原理解决原子结构问题,找到了突破点。

4、透视正交坐标系

如何认识首文中的图,实际上是它是一个简单的表示方法,用它表示原子结构,就像用刀子切西瓜一样,平着切一刀(X轴),竖着切一刀(Y轴),然后再沿它们的夹角平分线切一刀,这是四个轨道平面所占的方位,包括单电子轨道和双电子轨道,每个方位的断面是一个平面圆周,是电子轨道,中心则是原子核,在这个圆周上,是可以用上述点电场原理去分析的,实际上,假如我们能够看见电子轨道的话,沿轨道的交叉轴看,它们是一个“短线”,在短线的侧边标上箭头,就可以表示出是双电子轨道,还是单电子轨道,如果把它放到数学上的三维正交坐标系中,这是沿Z轴透视而形成的“三维透视坐标系”中的原子结构,用这样的坐标系表示原子结构,非常简便、直观,由于这个系统所插的图不清楚,具体的讨论,笔者在自己的个人博客中有介绍,地址:hmsjyswys2008,请点击浏览,目前,正在讨论《双电子轨道理论》中的化学键,敬请关注!

地磁场水平分量的测量-实验

地磁场水平分量的测量 姓名:王秋来 专业班级:物科院11级物理学 学号:1108405037 【摘要】某一地点O 的地磁要素有:⑴地磁场总磁感应强度B ,⑵磁倾角I ,⑶磁偏角D ,⑷水平分量//B ,⑸垂直分量z B ,⑹北向分量x B ,⑺东向分量y B 。 确定某一点的地磁场通常用磁偏角,磁倾角和水平分量//B 三个独立要素。 利用正切电流计算原理,测定地磁场的水平分量//B 地磁场水平分量为:032 85a u N B b R = ? 【关键字】地磁场,水平分量,正切电流计,磁偏角。 1、实验目的 (1)学习测量地磁场水平分量的方法; (2)了解正切电流计的原理; (3)学习分析系统误差的方法 2、实验室提供的仪器和用具 亥姆霍兹线圈(N=700匝),地质罗盘(DL-I 型),直流稳压电源(DF173系列),电阻箱(ZX21型),直流电流表。 3、实验原理 3.1 地磁场与地磁要素 地球是一个大磁体,地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场,其主要部分是一个偶极

场。地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极,地磁的南(北)极实际上是地心磁偶极子的北(南)极,如图1。地心磁偶极子的磁轴

m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。所以地磁极与地理极 相近但不相同,地球磁场的强度和方向随地点、时间而发生变化。 地球表面任何一点的地磁场的磁感应强度矢量B 具有一定的大小和方向。在地理直角坐标系中如图2所示。O 点表示测量点,x 轴指向北,即为地理子午线(经线)的方向;y 轴指向东,即为地理纬线方向;z 轴垂直于地平面而指向地下。XOy 代表地平面。B 在xOy 平面上的投影//B 称为水平分量,水平分量所指的方向就是磁针北极所指的方向,即磁子午线的方向;水平分量偏离地理真北极的角度D 称为磁偏角,也就是磁子午线与地理子午线的夹角。由地理子午线起算,磁偏角东为正,西偏为负。B 偏离水平面的角度I 称为磁倾角。在北半球的大部分地区磁针的N 极下倾,而在南半球,则磁针的N 极向上仰,规定N 极下倾为正,上仰为负。B 的水平分量 //B 在x 、y 轴上的投影,分别称为北向分量x B 和东向分量y B ;B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。故某一地点O 的地磁要素有:⑴地磁场总磁感应强度B ,⑵磁倾角I ,⑶磁偏角D ,⑷水平分量//B ,⑸垂直分量z B ,⑹北向分量 x B ,⑺东向分量y B 。 不难看出,它们是B 在各个坐标体系中的坐标值,比如z y x B B B ,,就是B 在直角坐标系中的坐标值,而,,//B B z D 和D 、//B 、I 则分别是B 在柱面坐标系和球坐标系中的坐标值,这三种坐标体系是彼此独立的,在它们之间,存在着如下的变换关系: z y x z y x B B B B B B tgI B B D B B D B B 2//2222//2//////,,,sin ,cos +=+==?=?= 图2

地磁场测量的研究

第28卷第4期延安大学学报(自然科学版)V o.l28N o.4 2009年12月Journal o fY anan U niversity(N atural Science Ed ition)D ec12009 地磁场测量的研究 赵晓伟 (延安大学物理与电子信息学院,陕西延安716000) 摘要:利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,测量地磁场水平及垂直分量,进一步测量出地磁场的大小和方向,改进了传统的测量地磁场的实验方法。 关键词:地磁场;测量;亥姆霍兹磁场测定仪;毫特斯拉计 中图分类号:O44115文献标识码:A文章编号:1004-602X(2009)04-0048-03 地磁场作为一种天然磁源,在军事、航空、航海、工业、医学、探矿等科研中有着重要的用途1地磁场的数值比较小,约为10-5T量级,其准确测量比较困难,但在直流磁场测量,特别是弱磁场测量中,却往往需要知道其准确数值,并设法消除其它因素对测量结果的影响。传统的亥姆霍兹线圈磁场测量实验[1-3],一般用探测线圈配以指针式交流电压表测量磁感应强度,由于线圈体积大、指针式交流电压表等级低等原因,测量的误差较大。近年来,在研究地磁场方面,科研工作者做了不少研究[4-8]。本文利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,测量地磁场水平及垂直分量,进一步测量出地磁场的大小和方向。所用的SS95A型集成霍耳传感器是一种高灵敏度优质磁场测量传感器,它的体积小(面积4mm@3 mm,厚2mm),其内部具有放大器和剩余电压补偿电路,采用此集成霍耳传感器(配直流数字电压表)制成的高灵敏度毫特斯拉计,可以准确测量0~2. 000mT的磁感应强度,其分辨率可达1@10-6T。因此,用它探测地磁场水平分量、地磁场垂直分量准确度较高,测量出地磁场的大小和方向,误差较小,是测量地磁场大小和方向的一种好方法,颇具推广价值。 1实验原理 为了减小干扰,其它铁磁物体远离实验装置。用水平仪将放置传感器探头的台面调节到水平,先放置一个罗盘,根据罗盘指针N、S极所指的方向测出地磁场水平分量的方向,作一条与罗盘指针N、S 极所指的方向所在直线相互平行的直线,调整传感器探头的方向,使传感器探头的法线方向与罗盘指针N、S极所指的方向相互垂直,移走罗盘,调节亥姆霍兹磁场测定仪面板上的毫特斯拉计调零旋钮,使毫特斯拉计显示为零(本毫特斯拉计为高灵敏度仪器,在台面上不同的位置,毫特斯拉计显示的最后一位可能有所不同,为防止其它杂散信号的影响,使毫特斯拉计显示为零),再调节传感器探头的方向使其与罗盘指针N、S极所指的方向一致(与前面所作直线相互平行),即与地磁场水平分量的方向一致,记录毫特斯拉计显示的数值,即地磁场水平分量B水平的大小。借助水平仪将传感器探头的法线方向调节到竖直,记录毫特斯拉计显示的数值,即地磁场垂直分量B垂直的大小。地磁场总量的大小用B地磁表示。 B地磁=B2水平+B2垂直(1) 地磁场的方向考虑它与水平方向的夹角,即磁倾角H为 H=arct g B垂直 B水平 (2) 这样,我们利用式(1)、式(2)就可以计算出地磁 收稿日期:20090826 作者简介:赵晓伟(1985)),男,陕西府谷人,延安大学物理与电子信息学院06级本科生。

八年级生物《叶的蒸腾作用和结构》教案

教学目标:1、了解蒸腾作用的基本含义及其意义 2、知道气孔的分布状况 3、知道保卫细胞和气孔的结构 4、完整地描述水、无机盐的运输路径 重点难点:叶的结构水和无机盐的运输 教学过程: *************************************** 第一课时 课堂引入:我们都知道“水从低处留”,可在植物体内,是什么促使水从根部向茎、叶运输呢? 一、蒸腾作用 1、实验观察:选取一盆正处于生长旺盛期的植物,用一透明的塑料袋将邻近的叶片包扎起来,对该植物浇水后,置于阳光下照射。观察塑料袋上有无水珠生成,这说明____________________________。 2、水分以气体状态从体内散发到体外的过程,叫做蒸腾作用,蒸腾作用主要在叶片进行。 3、土壤中的水分由根毛进入根后,然后通过根、茎、叶的导管输送到叶肉细胞。这些水分,除了很小一部分参加植物体内各项生命活动外,99%通过蒸腾作用从叶中散发出去,蒸腾作用可以在温度偏高的情况下有效地降低叶片的温度,同时也是根吸水的主要动力,利于植物对水的吸收和运输,也利于溶解在水中的无机盐在植物体内的运输。由此可见,蒸腾作用不是在浪费水分,而是对植物的生活具有重要的意义。 4、学生讨论:①在春天的阳光下,水银柱将会有什么变化?为什么? ②如果把这一装置放在夏天的烈日下,水银柱会有什么变化?为什么? ③如果把这一装置放在阴暗潮湿的环境中,水银柱将会有什么变化?为什么? ④如果在实验室里,用电吹风吹叶片,水银柱将会有什么变化? ⑤请设计一个实验:证明蒸腾作用的强弱与光照条件有关。 5、课堂练习: ①在阴天或傍晚进行移植,并去掉部分枝叶,是为了降低: ( ) A.降低光合作用 B.减小呼吸作用 C.减少水分蒸腾作用 D.移栽方便 ②仙人掌在强烈的阳光下,不会被太阳光灼伤的原因是( ) A、吸水力大 B、储水多 C、蒸腾作用强 D、叶变成刺 ③关于植物体水分散失的意义,下列哪项是不正确的?( ) A、促进植物体对水分的吸收 B、促进矿质元素在植物体内的运输 C、促进溶于水的矿质元素的吸收 D、降低植物体特别是叶片的温度 ④北方果树由根系吸收的水分主要用于( ) A、光合作用 B、蒸腾作用 C、植物的生长 D、果实的形成 6、作业:作业本 第二课时 二、叶的结构: 1、实验观察1:①选取一张生长旺盛的蚕豆叶,用滤纸把它上、下表皮的水分吸干。 ②将两张浸有氯化钴溶液的蓝色滤纸,相对应地贴在叶片上、下表皮的表面,并用回形针将其固定。 ③观察贴在叶片上、下表皮上的滤纸的颜色变化。哪一张纸先变色?哪一张纸的颜色

北京大学物理实验报告:霍尔效应测量磁场(pdf版)

霍尔效应测量磁场 【实验目的】 (1) 了解霍尔效应的基本原理 (2) 学习用霍尔效应测量磁场 【仪器用具】 仪器名参数 电阻箱? 霍尔元件? 导线? SXG-1B毫特斯拉仪±(1% +0.2mT) PF66B型数字多用表200 mV档±(0.03%+2) DH1718D-2型双路跟踪稳压稳流电源0~32V 0~2A Fluke 15B数字万用表电流档±(1.5%+3) Victor VC9806+数字万用表200 mA档±(0.5%+4) 【实验原理】 (1)霍尔效应法测量磁场原理 若将通有电流的导体至于磁场B之中,磁场B(沿着z轴)垂直于电流I S(沿着x轴)的方向,如图1所示则在导体中垂直于B和I S方向将出现一个横向电位差U H,这个现象称之为霍尔效应。 图 1 霍尔效应示意图 若在x方向通以电流I S,在z方向加磁场B,则在y方向A、A′两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场.当载流子所受的横向电场力F E洛伦兹力F B相等时: q(v×B)=qE 此时电荷在样品中不再偏转,霍尔电势差就有这个电场建立起来。 N型样品和P型样品中建立起的电场相反,如图1所示,所以霍尔电势差有不同的符号,由此可以判断霍尔元件的导电类型。

设P型样品的载流子浓度为p,宽度为w,厚度为的d。通过样品电流I S=pqvwd,则空穴速率v=I S/pqwd,有 U H=Ew=I H B =R H I H B =K H I H B 其中R H=1/pq称为霍尔系数,K H=R H/d=1/pqd称为霍尔元件灵敏度。(2)霍尔元件的副效应及其消除方法 在实际测量过程中,会伴随一些热磁副效应,这些热磁效应有: 埃廷斯豪森效应:由于霍尔片两端的温度差形成的温差电动势U E 能斯特效应:热流通过霍尔片在其端会产生电动势U N 里吉—勒迪克效应:热流通过霍尔片时两侧会有温度差产生,从而又产生温差电动势U R 除此之外还有由于电极不在同一等势面上引起的不等位电势差U0 为了消除副效应,在操作时我们需要分别改变IH和B的方向,记录4组电势差的数据 当I H正向,B正向时:U1=U H+U0+U E+U N+U R 当I H负向,B正向时:U2=?U H?U0?U E+U N+U R 当I H负向,B负向时:U3=U H?U0+U E?U N?U R 当I H正向,B负向时:U4=?U H+U0?U E?U N?U R 取平均值有 1 (U1?U2+U3?U4)=U H+U E≈U H (3)测量电路 图 2 霍尔效应测量磁场电路图 霍尔效应的实验电路图如图所示。I M是励磁电流,由直流稳流电源E1提供电流,用数字万用表安培档测量I M。I S是霍尔电流,由直流稳压电源E2提供电流,用数字万用表毫安档测量I S,为了保证I S的稳定,电路中加入电阻箱R进行微调。U H是要测的霍尔电压,接入高精度的数字多用表进行测量。 根据原理(2)的说明,在实验中需要消除副效应。实际操作中,依次将I S、 I M的开关K1、K2置于(+,+)、(?,+)、(?,?)、(+,?)状态并记录U i即可,其 中+表示正向接入,?表示反向接入。

实验五 地磁场测定

实验五 地磁场测定 一.概述 地磁场作为一种天然磁源,在军事、航空、航海、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。本仪器采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场的重要参量,通过实验可以掌握磁阻传感器定标以及测量地磁场水平分量和磁倾角的方法,了解测量弱磁场的一种重要手段和实验方法,本仪器与其他地磁场实验仪(如正切电流计测地磁场实验仪)相比具有以下优点: 1.实验转盘经过精心设计,可自由转动,方便地调节水平和铅直。内转盘相隔ο180,具有两组游标,这样既提高了测量精度,又消除了偏心差。 2.新型磁阻传感器的灵敏度高达50V/T ,分辨率可达8710~10--T ,稳定性好。用本仪器做实验,便于学生掌握新型传感器定标,及用磁阻传感器测量弱磁场的方法,测量地磁场参量准确度高; 3.本仪器不仅可测地磁场水平分量,而且能测出地磁场的大小与方向,这是正切电流计等地磁场实验仪所不能达到的。 本仪器可用于高校、中专的基础物理实验、综合性设计性物理实验及演示实验。 二.仪器技术要求 1.磁阻传感器 工作电压 6V ,灵敏度50V/T 2.亥姆霍兹线圈 单只线圈匝数N=500匝,半径10cm. 3.直流恒流源 输出电流0—200.0mA 连续可调 4.直流电压表 量程0—19.99mV ,分辨率0.01mV

5.测量地磁场水平分量不确定度小于3% 6.测量磁倾角不确定度小于3% 7.仪器的工作电压AC 220±10V 三.仪器外型

FD-HMC-2型 磁阻传感器与地磁场实验仪 (以下实验讲义和实验结果由复旦大学物理实验教学中心提供) 一.简介 地磁场的数值比较小,约510-T 量级,但在直流磁场测量,特别是弱磁场测量中,往往需要知道其数值,并设法消除其影响,地磁场作为一种天然磁源,在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量;测量地磁场的磁倾角,从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小,灵敏度高、易安装,因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 二.实验原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属,当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时,电阻几乎不随外加磁场变化;当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时,此类金属的电阻减小,这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺,将铁镍合金薄膜附着在硅片上,如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ,具有以下关系式 θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ (1) 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的

用霍尔效应测量螺线管磁场 物理实验报告

华南师范大学实验报告 学生姓名 学 号 专 业 化学 年级、班级 课程名称 物理实验 实验项目 用霍尔效应测量螺线管磁场 实验类型 □验证 □设计 □综合 实验时间 2012 年 3 月 07 实验指导老师 实验评分 一、 实验目的: 1.了解霍尔效应现象,掌握其测量磁场的原理。 2.学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。 二、 实验原理: 根据电磁学毕奥-萨伐尔定律,通电长直螺线管线上中心点的磁感应强度为: 2 2 M D L I N B +??μ= 中心 (1) 理论计算可得,长直螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为内腔中部磁 感应强度的1/2: 2 2M D L I N 21B 21B +??μ? ==中心端面 (2) 式中,μ为磁介质的磁导率,真空中的磁导率μ0=4π×10-7 (T ·m/A),N 为螺线管的总匝数,I M 为螺线管的励磁电流,L 为螺线管的长度,D 为螺线管的平均直径。 三、 实验仪器: 1.FB510型霍尔效应实验仪 2.FB510型霍尔效应组合实验仪(螺线管) 四、 实验内容和步骤: 1. 把FB510型霍尔效应实验仪与FB510型霍尔效应组合实验仪(螺线管)正确连接。把励磁电流接到螺线 管I M 输入端。把测量探头调节到螺线管轴线中心,即刻度尺读数为13.0cm 处,调节恒流源2,使I s =4.00mA ,按下(V H /V s )(即测V H ),依次调节励磁电流为I M =0~±500mA ,每次改变±50mA, 依此测量相应的霍尔电压,并通过作图证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 2. 放置测量探头于螺线管轴线中心,即1 3.0cm 刻度处,固定励磁电流±500mA ,调节霍尔工作电流为:I s =0~ ±4.00mA ,每次改变±0.50mA ,测量对应的霍尔电压V H ,通过作图证明霍尔电势差与霍尔电流成正比。 3. 调节励磁电流为500mA ,调节霍尔电流为 4.00mA ,测量螺线管轴线上刻度为X =0.0cm~13.0cm ,每次移动 1cm ,测各位置对应的霍尔电势差。(注意,根据仪器设计,这时候对应的二维尺水平移动刻度读数为:13.0cm 处为螺线管轴线中心,0.0cm 处为螺线管轴线的端面,找出霍尔电势差为螺线管中央一半的数值的刻度位置。与理论值比较,计算相对误差。按给出的霍尔灵敏度作磁场分布B ~X 图。) 五、 注意事项: 图1

地磁场测量的意义

地磁测量的重要意义 地磁场的特点 由于地球本身具有磁性,所以地球及附近的空间存在着磁场, 这个磁场就是地磁场。地磁场是地球的基本资源之一,与人类生活息息相关,它在地球科学、航空航天、资源探测、交通通讯、国防建设、地震预报等领域有着重要的应用。正是因为地磁场有如此重要应用价值,人们对地磁场的测量又迫切的需求。因此,磁场的测量已成为热点课题之一[1]。可以将地磁场近似地看作是地球中心有一个磁铁棒放,它的N极大体上对着南极,从而产生的磁场,其磁感线性状如图1.1所示。事实上,地球磁场的产生是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。 图1.1 地球磁场示意图 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分,它们是不同的两种磁场。基本磁场是地磁场的主要组成部分,它源于地球的内部,相对来说比较稳定,变化缓慢。变化磁场起源于地球外部,并且很微弱[2]。 地磁场是一个向量场。常用的地磁参量有7个,即地磁场总强度F,地磁场的水平强度H,垂直强度Z,X和Y分别为水平强度的北向和东向分量,D和I 分别为磁偏角和磁倾角。其中以磁偏角的观测历史为最早。

在地磁场观测中,通常用三个参量来表示地磁场的方向和大小: (1)磁偏角A,即地球表面任一点的地磁场磁感应强度矢量B所在的垂直平面(地磁子午面)与地理子午面之间的夹角; (2) 磁倾角Φ,即地磁场磁感应强度矢量B与水平面之间的夹角; (3) 地磁场磁感应强度的水平分量B,即地磁场磁感应强度矢量B在水平面 上的投影[3]。 地磁场的重要应用 地磁场数值较小约0. 5 ×10- 4T,其强度与方向也随地点而异。地磁场被视 为地球的一种重要的天然磁源,它在国家科研中有着重要用途。在地球科学的研究中,作为以地球系统的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科,研究和掌握地磁场的固有特性及其变化规律是地球科学研究的重要内容。在交通运输方面,可以通过检测由于车辆干扰而引起的地磁场的变化来反应车辆本身的特点及运动情况[4]。 除此之外,地磁还可以用于石油定向斜井钻井中;在海洋中,进行地磁测量可以保证航海的安全、海洋工程建设及了解海底构造;在陆地上,人们通过大规模的地磁测量及分析地磁偏角的变化去测定强磁性铁矿床、弱磁性铁矿床以及铜、镍、铬、金刚石等各种矿石的分布;在科学研究方面,地磁测量有助于人类了解地球的成因和延边过程,掌握火山的活动规律,地震预报等[5];在军事上,可以作为战场环境重要参数对军事斗争的前期准备、部队战斗力的发挥都具有重要意义。 目前国内外在石油开采中,大都利用地磁测量和地磁偏角进行地下储油分布及及其构造的探测。 虽然人们天天生活在地球磁场的影响下,但是我们却无法靠自身的五官来感受和估计地磁场的大小和方向。所以利用地球磁场固有特点,设计和制备应用于地磁测量的磁性传感器,这对于地球科学、航天航空、资源探测、交通运输、空间天气、测绘等诸多技术领域都拥有巨大的应用价值。

地磁场水平分量的测量解读

实验二十九 地磁场水平分量的测量 1、教学目标 (1)学习测量地磁场水平分量的方法; (2)了解正切电流计的原理; (3)学习分析系统误差的方法 2、教学难点、重点 难点:地磁场的相关概念;正切电流计的原理。 重点:测量方法和测量公式。 3、实验室提供的仪器和用具 亥姆霍兹线圈(N=640匝,R=10cm ),地质罗盘(DL-I 型),直流稳压电源(DF173系列),电阻箱(ZX21型),直流电流表(0.5级,10Ma ),换向开关,水准器。 4、实验原理 4.1 地磁场与地磁要素 地球是一个大磁体,地球本身及其周围空间存着磁场叫做“地球磁场”又称地磁场,其主要部分是一个偶极场。地心偶极子轴线与地球表面的两个交点称为地磁极,地磁的南(北)极实际上是地心磁偶极子的北(南)极,如图1。地心磁偶极子的磁轴m m S N 与地球的旋转轴NS 斜交一个角度o 5.11,00≈θθ。所以地磁极与地理极相近但不 相同,地球磁场的强度和方向随 地点、时间而发生变化。 地球表面任何一点的地磁 场的磁感应强度矢量B 具有一定 的大小和方向。在地理直角坐标 系中如图2所示。O 点表示测量 点,x 轴指向北,即为地理子午 线(经线)的方向;y 轴指向东, 即为地理纬线方向;z 轴垂直于 地平面而指向地下。XOy 代表地 平面。B 在xOy 平面上的投影//B 称为水平分量,水平分量所指的 方向就是磁针北极所指的方向,即磁子午线的方向;水平分量偏离地理真北极的角度D 称为磁偏角,也就是磁子午线与地理子午线的夹角。由地理子午线起算,磁偏角东为正,西偏为负。B 偏离水平面的角度I 称为磁倾角。在北半球的大部分地区磁针的N 极下倾,而在南半球,则磁针的N 极向上仰,规定N 极下倾为正,上仰为负。B 的水平分量//B 在x 、y 轴上的投影,分别称为北向分量x B 和东向分量y B ;B 在Z 轴上的投影z B 称为垂直分量。故某一地点O 的地 磁要素有:⑴地磁场总磁感应强度B ,⑵磁倾角I ,⑶磁偏角D , ⑷水平分量//B ,⑸垂直分量z B ,⑹北向分量x B ,⑺东向分量y B 。 不难看出,它们是B 在各个坐标体系中的坐标值,比如z y x B B B ,,就是 图 1

八年级生物《叶的蒸腾作用和结构》教案

叶的蒸腾作用和结构 教学目标:1、了解蒸腾作用的基本含义及其意义 2、知道气孔的分布状况 3、知道保卫细胞和气孔的结构 4、完整地描述水、无机盐的运输路径 重点难点:叶的结构水和无机盐的运输 教学过程: *************************************** 第一课时 课堂引入:我们都知道“水从低处留”,可在植物体内,是什么促使水从根部向茎、叶运输呢? 一、蒸腾作用 1、实验观察:选取一盆正处于生长旺盛期的植物,用一透明的塑料袋将邻近的叶片包扎起来,对该植物浇水后,置于阳光下照射。观察塑料袋上有无水珠生成,这说明____________________________。 2、水分以气体状态从体内散发到体外的过程,叫做蒸腾作用,蒸腾作用主要在叶片进行。 3、土壤中的水分由根毛进入根后,然后通过根、茎、叶的导管输送到叶肉细胞。这些水分,除了很小一部分参加植物体内各项生命活动外,99%通过蒸腾作用从叶中散发出去,蒸腾作用可以在温度偏高的情况下有效地降低叶片的温度,同时也是根吸水的主要动力,利于植物对水的吸收和运输,也利于溶解在水中的无机盐在植物体内的运输。由此可见,蒸腾作用不是在浪费水分,而是对植物的生活具有重要的意义。 4、学生讨论:①在春天的阳光下,水银柱将会有什么变化?为什么? ②如果把这一装置放在夏天的烈日下,水银柱会有什么变化?为什么? ③如果把这一装置放在阴暗潮湿的环境中,水银柱将会有什么变化?为什么? ④如果在实验室里,用电吹风吹叶片,水银柱将会有什么变化? ⑤请设计一个实验:证明蒸腾作用的强弱与光照条件有关。 5、课堂练习: ①在阴天或傍晚进行移植,并去掉部分枝叶,是为了降低: ( ) A.降低光合作用 B.减小呼吸作用 C.减少水分蒸腾作用 D.移栽方便 ②仙人掌在强烈的阳光下,不会被太阳光灼伤的原因是( ) A、吸水力大 B、储水多 C、蒸腾作用强 D、叶变成刺 ③关于植物体水分散失的意义,下列哪项是不正确的?( ) A、促进植物体对水分的吸收 B、促进矿质元素在植物体内的运输 C、促进溶于水的矿质元素的吸收 D、降低植物体特别是叶片的温度 ④北方果树由根系吸收的水分主要用于( ) A、光合作用 B、蒸腾作用 C、植物的生长 D、果实的形成 6、作业:作业本 第二课时 二、叶的结构: 1、实验观察1:①选取一张生长旺盛的蚕豆叶,用滤纸把它上、下表皮的水分吸干。 ②将两张浸有氯化钴溶液的蓝色滤纸,相对应地贴在叶片上、下表皮的表面,并用回

实验报告磁阻传感器和地磁场的测量

实验报告磁阻传感器和 地磁场的测量 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

磁阻传感器和地磁场的测量 一. 实验目的 掌握磁阻传感器的特性。 掌握地磁场的测量方法。 二.实验原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属,当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时,电阻几乎不随外加磁场变化;当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时,此类金属的电阻减小,这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺,将铁镍合金薄膜附着在硅片上,如图6-8-1所示。薄膜的电阻率 )(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ,具有以下关系式θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流,而垂直于电流方向施加一个外界磁场时,合金带自身的阻值会生较大的变化,利用合金带阻值这一变化,可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带,一条是置位与复位带,该传感器遇到强磁场感应时,将产生磁畴饱和现象,也可以用来置位或复位极性;另一条是偏置磁场带,用于产生一个偏置磁场,补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时,磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系),使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器,它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥,非平衡电桥输出部分接集成运算放大器,将信号放大输出。传感器内部结构如图6-8-2所示,图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同,当存在外界磁场时,引起电 阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示为b out V R R U ??? ? ???=

实验报告磁阻传感器和地磁场的测量

磁阻传感器和地磁场的测量 一.实验目的 掌握磁阻传感器的特性。 掌握地磁场的测量方法。 二.实验原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属,当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时,电阻几乎不随外加磁场变化;当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时,此类金属的电阻减小,这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺,将铁镍合金薄膜附着在硅片上,如图6-8-1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ,具有以下关系式 θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流,而垂直于电流方向施加一个外界磁场时,合金带自身的阻值会生较大的变化,利用合金带阻值这一变化,可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带,一条是置位与复位带,该传感器遇到强磁场感应时,将产生磁畴饱和现象,也可以用来置位或复位极性;另一条是偏置磁场带,用于产生一个偏置磁场,补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时,磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系),使磁阻传感器输出显示线性关系。

HMC1021Z 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器,它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥,非平衡电桥输出部分接集成运算放大器,将信号放大输出。传感器内部结构如图6-8-2而输出电压out U 可以用下式表示为b out V R R U ??? ? ???= 磁阻传感器的构造示意图 磁阻传感器内的惠斯通电桥 对于一定的工作电压,如V V b 00.6=,HMC1021Z 磁阻传感器输出电压out U 与外界磁场的磁感应强度成正比关系,KB U U out +=0 上式中,K 为传感器的灵敏度,B 为待测磁感应强度。0U 为外加磁场为零时传感器的输出量。 由于亥姆霍兹线圈的特点是能在其轴线中心点附近产生较宽范围的均匀磁场区,所以常用作弱磁场的标准磁场。亥姆霍兹线圈公共轴线中心点位置的磁感应强度为:I R NI B 42 /301096.445 8 -?== μ 上式中N 为线圈匝数(500匝);亥姆霍兹线圈的平均半径cm R 10=;真空磁导率270/104A N -?=πμ。

地磁场的测定

地磁场的测定 行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线电波的传播。当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时,远距离通讯将受到严重影响,甚至中断。假如没有地磁场,从太阳发出的强大的带电粒子流(通常叫太阳风),就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下,地球的大气成份可能不是现在的样子,生命将无法存在。所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。所以我们研究小组将对地磁场进行一系列的测定。下面我先对地磁场进行一些简单的介绍: 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分,起源于地球内部,比较稳定,属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化,主要起源于地球内部,相对比较微弱。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。大量的事实和证据表明,地磁场的磁极曾经互换过。 地磁场不是毫无变化的,它的强度与地磁极位置会改变。科学家发现,地磁极会周期性地逆反定向,这过程称为地磁反转。最近一次的反转是大约78万年前的布容尼斯-松山反转(Brunhes–Matuyama reversal)。对于澳大利亚红英安岩和枕状玄武岩的古地磁学(paleomagnetism)研究发现,地磁场的存在,估计至少已有35亿年之久[1]。地磁场会在太空与太阳风和其它带电粒子群流互相作用,因而形成磁层。地球磁层并不是球状的,在面对太阳的一面,其边界离地心的距离约为七万千米(随太阳风强度的不同而变化)。 磁极的位置 特性 地表上的地磁场强度并不均匀,强度因地理位置而有所变化:从0.3高斯(南美地区和南非)到0.6高斯(加拿大的磁北极附近,澳大利亚南部和一部分西伯利亚地区)。 地磁场类似磁铁棒,但是这种相似只是粗略的。磁铁棒或是其它永久磁铁的磁场是由于铁原子中的电子有序的运动而形成的。然而,地核的温度高于居里点(铁的居里点:绝对温度1043K),铁原子的电子轨道的方向会变得随机化,这样的

地磁场测定实验

地磁场的测量 一、实验目的 1.掌握坡莫合金磁阻传感器的定标 2.测量地磁场水平分量和磁倾角的方法 二、实验仪器 FD-HMC-2型磁阻传感器与地磁场实验仪 三、实验原理 地磁场作为一种天然磁源,在军事、航空、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。地磁场的数值比较小,约5 10 T量级,但在直流磁场测量,特别是弱磁场测量中,往往要知道其数值,并设法消除其影响,地磁场作为一种天然磁源,在军事,工业,医学,探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平和垂直分量;测量地磁场的磁倾角,从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小,灵敏度高,易安装,因而在弱磁测量方面有广泛应用前景。 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁,钴,镍及合金等磁性金属,当外加磁场平行与磁体部磁化方向时,电阻几乎不随外加磁场变化;当外加磁场偏离金属的部磁化方向时,此类金属的电阻减小,这就是强磁金属的各相异性磁阻效应。

HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电 路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维和三维磁场)。它利用通常的 半导体工艺,将铁镍合金薄膜附着在硅片上,如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ,具有以下关系公式 θρρρθρ2//cos )()(⊥⊥-+= 其中//ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带长度方向通以一定的直流电流,而垂直于电流方向施加一个外界磁场时,合金带自身的阻值会发生较大的变化,利用合金带阻值这一变化,可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带,一条是置位与复位带,该传感器遇到强磁场感应时,将产生磁畴饱和现象,也可以用来置位或复位极性;另一条是偏置磁场带,用于产生一个偏置磁场,补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时,磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系),使磁阻传感器输出显示线性关系。 HMC1021Z 型磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器,它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥,非平衡电桥输出部分接集成运算放大器,将信号放大输出。传感器部结构如图2所示。图2中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同,当存在外界磁场时,引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示为 铝合金带玻莫合金薄膜外加磁场电流 θI M外加磁场–+ Vout 偏置磁场 R +△R R +△R R -△ R R -△R Vb 图1 磁阻传感器的构造示意图 图2 磁阻传感器内的惠斯通电桥

八年级科学下册 第三章第二单元 植物体中物质的运输、叶的蒸腾作用和结构学案 浙教版

第三章 第二单元 植物体中物质的运输、叶的蒸腾作用和结构 重点: 1. 了解植物茎的分类和结构,能说出各部分构造的功能。 2. 了解导管对水和无机盐的运输;了解筛管对有机物的运输。 3. 了解植物叶片的解剖结构及其各部分构造的功能。 4. 了解保卫细胞及气孔的组成、分布和作用。 5. 理解蒸腾作用对植物生长的意义。 6. 了解土壤污染及防治土壤污染的措施。 难点: 1. 正确区分各类茎及观察茎的结构。 2. 植物蒸腾作用的实际运用。 3. 正确分析农业、工业、生活等方面引起土壤污染的因素以及对土壤的危害,制定出最佳防治污染的措施。 知识要点: (一)茎: 1、茎的类别: 茎的类别 特点 代表植物 茎与环境的关系 直立茎 茎较坚硬,能直立,最常见 果树,甘蔗,白菜 茎的生长都能使叶更好地伸展在空中,接受阳光进行光合作用或使根更好地吸收水分和养料 攀援茎 用卷须等攀他物上升的茎 葡萄,黄瓜等 缠绕茎 借茎本身缠绕他物上升的茎 牵牛,常春藤,菜豆 匍匐茎 平卧于地,四周蔓延,长不定根 草莓 2、茎的结构及各部分的功能:(由内到外) 树皮: 作用 韧皮部:内有 ,运输 双子叶植物的茎 形成层:属_______组织,细胞能分裂增生,使茎加粗 木质部:内有_______,运输_______和_______ 髓:由薄壁细胞构成,有贮藏营养物质的作用 3、茎的功能: 茎具有支持、 的功能。 (1)水分和无机盐的运输: ①输送的方向:自下而上向枝端运输。 土壤中的水分和无机盐???→?根尖吸收进入根部????→?茎中导管的输送 输送到叶

②输送的组织:。它位于部。 ③水分输导的动力:其中主要的是蒸腾拉力。 (2)有机物的运输: ①输送的方向:自上而下向根运输 ②输送的组织:。它位于部。 (二)叶: 1、蒸腾作用:根从土嚷中吸收的水中只有很少部分用于植物的生命活动,其中的99%都通过蒸腾作用散发出去了。 (1)含义:叶将根吸收的水经气孔以形式向大气散发的过程。 (2)器官∶ (3)影响蒸腾作用的环境因素:、、湿度等。一般气孔周围的湿度小,气温较高,光照强,则植物的蒸腾作用就强,反之就比较弱。 (4)蒸腾作用的意义: ①是根吸水的动力②能促进水分和无机盐的吸收和运输③可降低叶面的温度 2、叶的结构:分为表皮(上有由保卫细胞组成的)、叶肉和叶脉。 (1)保卫细胞和气孔:表皮细胞是一种排列紧密、无色透明的细胞。无叶绿体,对叶起保护作用。表皮上还有成对的半月形细胞,叫做保卫细胞,内有叶绿体。两个保卫细胞之间的小孔就是气孔,是二氧化碳和氧气进出叶片的门户,也是蒸腾作用散水的通道。 (2)气孔和蒸腾作用的关系: 气孔可以张开或闭合,由保卫细胞控制,保卫细胞吸水膨胀,气孔张开;失水萎缩,气孔闭合,以此调节植物的蒸腾作用。当植物体水分较多时,气孔张大,蒸腾作用加强;当植物缺水时,气孔关闭,蒸腾作用减弱。 (三)保护土壤: 1、目前土壤资源最大的威胁来自于土壤的和过度开发。 2、土壤污染主要有:农药化肥污染、工业三废(废水、废渣、废气)污染、生活垃圾污染。 3、我国的土壤资源并不充裕,因此保护土壤更是非常重要。保护土壤,就是保护我们自己的家园。 【典型例题】 例1. 玉米的茎长成后不能增粗,而桃树的茎能年年变粗,从茎的结构分析,能不能变粗的根本原因是() A. 茎内有无韧皮部 B. 茎中有无形成层 C. 茎内有无木质部 D. 茎内有无髓 分析:茎能否增粗决定于有无形成层,形成层细胞能够分裂增生,属于分生组织;向外分裂产生的细胞生长形成韧皮部,向内生长形成木质部,所以双子叶植物的茎能逐年加粗。而单子叶植物如玉米、小麦、水稻、竹类等植物因为没有形成层,因此它们的茎不能加粗。 答案:B 例2. 小明和小刚两人到刚砍伐过树木的山上去观察茎的结构,观察到茎的切面中从里到外有许多同心圆,两个人都数了同一棵树横切面上的同心圆,小明发现树皮由内到外有17个同心圆,小刚从里数到最外面发现有20个同心圆,下列说法正确的是()

地磁场水平分量的测量

地磁场水平分量的测量 地磁场的数值比较小,约T 105-数量级,但在直流磁场测量,特别是弱磁场测量中,往往需要知道其数值,并设法消除其影响,地磁场作为一种天然磁源,在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量;测量地磁场的磁倾角,从而掌握磁阻 传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小,灵敏度高、易安装,因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 【实验目的】 1.掌握各向异性磁阻传感器的原理和特性 2.了解各向异性磁阻传感器测量磁场的基本原理 3.学会用磁阻传感器测定地磁场 【实验仪器】 地磁场实验仪、底座、转轴,带角度刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线圈 【实验原理】 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属,当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时,电阻几乎不随外加磁场变化;当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时,此类金属的电阻减小,这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 磁阻传感器由长而薄的玻莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺,将铁镍合金薄膜附着在硅片上,如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ,具有以下关系式: θρ-ρ+ρ=θρ⊥⊥2cos )()(∥ (1) 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流,而垂直于电流方向施加一个外界磁场时,合金带自身的阻值会生较大的变化,利用合金带阻值这一变化,可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带,一条是置位与复位带,该传感器遇到强磁场感应时,将产生磁畴饱和现象,也可以用来置位或复位极性;另一条是偏置磁场带,用于产生一个偏置磁场,补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时,磁阻相对变化值与磁感应强度成平方关系),使磁阻传感器输出显示线性关系。 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器,它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥,非平衡电桥输出部分接集成运算放大器,将信号放大输出。传感器内部结构如图2所示。图中由于适当配置的四个磁电阻电流方向不相同,当存在外界磁场时,引起电阻值变化有增有减。因而输出电压out U 可以用下式表示

地磁场水平分量的测量知识讲解

地磁场水平分量的测

地磁场水平分量的测量 地磁场的数值比较小,约10 5T数量级,但在直流磁场测量,特别是弱磁场测量中,往往需要知道其数值,并设法消除其影响,地磁场作为一种天然磁源,在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测定地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量;测量地磁场的磁倾角,从而掌握磁阻 传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小,灵敏度高、易安 装,因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 【实验目的】 1.掌握各向异性磁阻传感器的原理和特性 2.了解各向异性磁阻传感器测量磁场的基本原理 3.学会用磁阻传感器测定地磁场 【实验仪器】 地磁场实验仪、底座、转轴,带角度刻度的转盘、磁阻传感器的引线、亥姆霍磁线 圈 【实验原理】 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属,当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时,电阻几乎不随外加磁场变化;当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时,此类金属的电阻减小,这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 磁阻传感器由长而薄的玻莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺,将铁镍合金薄膜附 着在硅片上,如图1所示。薄膜的电阻率()依赖于磁化强度M和电流I方向间的夹角,具有以下关系式: 2 ()(// )cos (1)其中//、分别是电流I平行于M和垂直于M时的电阻率。当沿着铁镍合金带的 长度方向通以一定的直流电流,而垂直于电流方向施加一个外界磁场时,合金带自身的阻值会生较大的变化,利用合金带阻值这一变化,可以测量磁场大小和方向。同时制作时还在硅片上设计了两条铝制电流带,一条是置位与复位带,该传感器遇到强磁场感应时,将产生磁畴饱和现象,也可以用来置位或复位极性;另一条是偏置磁场带,用于产生一个偏置磁场,补偿环境磁场中的弱磁场部分(当外加磁场较弱时,磁阻相对变化值与磁感应强 度成平方关系),使磁阻传感器输出显示线性关系。 磁阻传感器是一种单边封装的磁场传感器,它能测量与管脚平行方向的磁场。传感器由四条铁镍合金磁电阻组成一个非平衡电桥,非平衡电桥输出部分接集成运算放大器,将

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