定 價(jià):18 元
叢書(shū)名:科學(xué)圖書(shū)館·我們世界中的物理
- 作者:(美),凱爾·柯克蘭德 著 王瑤 譯
- 出版時(shí)間:2011/1/1
- ISBN:9787543945968
- 出 版 社:上?茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社
- 中圖法分類(lèi):O441-49
- 頁(yè)碼:107
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16開(kāi)
電磁學(xué)是研究電、磁和電磁的相互作用現(xiàn)象及其規(guī)律和應(yīng)用的物理學(xué)分支學(xué)科。人們從很早就認(rèn)識(shí)了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象。但是,人類(lèi)對(duì)電磁現(xiàn)象的系統(tǒng)研究卻是在歐洲文藝復(fù)興之后逐漸發(fā)展起來(lái)的,到了19世紀(jì),才真正建立了比較完整的電磁學(xué)理論。
電磁學(xué)的研究對(duì)人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步有巨大的影響。在當(dāng)前出現(xiàn)的新技術(shù)中,與電磁學(xué)息息相關(guān)的微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)扮演著十分重要的角色,它們廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,正在給我們的生活帶來(lái)前所未有的變化。
凱爾·柯克蘭德博士所著的《電學(xué)與磁學(xué)》對(duì)電磁學(xué)的基本理論進(jìn)行了通俗易懂的講解,同時(shí)利用物理學(xué)定律解釋了生活中的各種有趣的現(xiàn)象,對(duì)生活中的很多電氣設(shè)備,比如收音機(jī)、電視機(jī)等從物理學(xué)原理方面做了詳細(xì)的介紹。
《電學(xué)與磁學(xué)》涉及生活中的各個(gè)方面,力求從多方面闡述電磁學(xué)定律在生活中的應(yīng)用,以及電磁學(xué)在生活中的重要作用。
人們對(duì)于核技術(shù)和宇宙起源等物理理論耳熱能詳,而對(duì)于日常生活的物理現(xiàn)象卻知之甚少!峨妼W(xué)與磁學(xué)》是“我們世界中的物理”之一,該書(shū)討論了兩種力之間的關(guān)系,這種關(guān)系使得電磁學(xué)成為當(dāng)今世界中的一個(gè)極其重要的、普遍存在的組成部分。這本書(shū)介紹了物理學(xué)的這個(gè)分支的基本定律,探討了這些定律的廣泛應(yīng)用,涉及從對(duì)現(xiàn)代技術(shù)的促進(jìn)作用到為人體提供動(dòng)力等多個(gè)方面的知識(shí)。 另外,書(shū)中還包括了40張黑白照片和圖線(xiàn)說(shuō)明,并附帶有等價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際單位表,詞匯表,數(shù)目和網(wǎng)絡(luò)資源的詳細(xì)列表,以及附錄。該書(shū)是為那些渴望了解有趣的物理學(xué)知識(shí)的學(xué)生、老師和普通讀者提供信息的一套基礎(chǔ)讀物。
1945年,兩枚核彈終結(jié)了第二次世界大戰(zhàn),這是對(duì)物理學(xué)威力的一次展示,讓人惶恐而又令人信服。由世界上最杰出的一些科學(xué)頭腦醞釀出的這次核爆炸摧毀了廣島和長(zhǎng)崎這兩座日本城市,迫使日本不得不無(wú)條件投降。應(yīng)該說(shuō),物理學(xué)和物理學(xué)家的身影貫穿于第二次世界大戰(zhàn)的始終,而原子彈只是最生動(dòng)的一個(gè)例子。從那些用于炸壩的在水中跳躍前進(jìn)的炸彈,到那些感應(yīng)到船體出現(xiàn)便發(fā)生爆炸的水下魚(yú)雷,第二次世界大戰(zhàn)實(shí)際上也是一場(chǎng)科學(xué)的較量。
第二次世界大戰(zhàn)讓所有人,包括那些多疑的軍事領(lǐng)導(dǎo)人相信,物理學(xué)是一門(mén)很重要的科學(xué)。然而,物理學(xué)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)延伸到了戰(zhàn)場(chǎng)之外,物理學(xué)原理幾乎關(guān)系到世界的每個(gè)部分,觸碰了人們生活的方方面面。颶風(fēng)、閃電、汽車(chē)引擎、眼鏡、摩天大廈、足球,甚至包括我們?cè)趺醋摺⒃趺磁,所有這一切都要服從科學(xué)規(guī)律的安排。
在諸如核武器這樣的話(huà)題或者有關(guān)宇宙起源的最新理論面前,物理學(xué)和我們?nèi)粘I畹年P(guān)系往往顯得黯然失色!拔覀兪澜缰械奈锢怼边@套叢書(shū)的目標(biāo)就是去探究物理學(xué)應(yīng)用的各個(gè)方面,描述物理學(xué)如何影響科技、影響社會(huì),如何幫助人們理解宇宙及其各個(gè)相互聯(lián)系的組成部分的性質(zhì)和行為。叢書(shū)覆蓋了物理學(xué)的主要分支,包括如下主題:
◆力學(xué)與動(dòng)力學(xué)
◆電學(xué)與磁學(xué)
◆時(shí)間與熱動(dòng)力學(xué)
◆光與光學(xué)
◆原子與材料
◆粒子與宇宙
“我們世界中的物理”叢書(shū)的每一冊(cè)都闡釋了有關(guān)某個(gè)主題的基本概念,然后討論了這些概念的多種應(yīng)用。雖然物理學(xué)是數(shù)學(xué)類(lèi)學(xué)科,但這套叢書(shū)主要聚焦于思想的表達(dá),而數(shù)學(xué)知識(shí)并不是重點(diǎn),書(shū)中只涉及一些簡(jiǎn)單的等式。讀者并不需要具備專(zhuān)門(mén)的數(shù)學(xué)知識(shí),當(dāng)然,對(duì)于初等代數(shù)的理解在有些時(shí)候還是很有幫助的。實(shí)際上,每一冊(cè)可以討論的話(huà)題的數(shù)量幾乎是無(wú)限的,但我們只能選取其中的一部分。令人遺憾的是,不少有趣的東西就這樣不得不被省略掉。然而,叢書(shū)的每一冊(cè)都涉獵了非常廣泛的材料。
我曾經(jīng)參加過(guò)一個(gè)討論會(huì),會(huì)上一位年輕學(xué)生問(wèn)教授們,是否需要備有最新版本的物理教科書(shū)。有一位教授回答說(shuō),不,因?yàn)槲锢韺W(xué)的原理“多年來(lái)一直沒(méi)有改變”。這個(gè)說(shuō)法大體上是對(duì)的,但這只是對(duì)物理學(xué)的效力的一個(gè)證明。物理學(xué)的另一個(gè)支撐來(lái)源于建立在這些原理之上的令人吃驚的諸多應(yīng)用,這些應(yīng)用仍在不斷擴(kuò)展和變化,其速度之快非同尋常。蒸汽機(jī)已經(jīng)讓位給了用在跑車(chē)和戰(zhàn)斗機(jī)上的強(qiáng)大內(nèi)燃機(jī),而電話(huà)線(xiàn)也正在被光導(dǎo)纖維、衛(wèi)星通訊和手機(jī)等取代。這套叢書(shū)的目標(biāo)就是鼓勵(lì)讀者去發(fā)現(xiàn)物理學(xué)在各個(gè)方面、各個(gè)領(lǐng)域所起的作用,現(xiàn)在的、過(guò)去的以及不遠(yuǎn)的將來(lái)的……
凱爾·柯克蘭德博士(Kyle Kirkland),1998年在賓夕法尼亞大學(xué)獲得神經(jīng)科學(xué)的博士學(xué)位,主要研究方向是視覺(jué)系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他的跨學(xué)科背景和興趣促使他發(fā)表了關(guān)于科學(xué)的歷史以及科學(xué)在當(dāng)前和未來(lái)對(duì)社會(huì)的影響等多篇文章。凱爾·柯克蘭德同時(shí)也是Fscts on File出版公司出版的“科學(xué)與技術(shù)焦點(diǎn)”叢書(shū)中的《光學(xué)》一書(shū)的作者之一。
前言
鳴謝
簡(jiǎn)介
1 電學(xué)
閃電
庫(kù)侖定律和電場(chǎng)
粘在一起的襪子和跳動(dòng)的火花
導(dǎo)體和絕緣體
創(chuàng)造完美的復(fù)制品:復(fù)印機(jī)
電線(xiàn)和流動(dòng)的電荷
電路
2 磁學(xué)
地球的磁場(chǎng)
磁力和磁場(chǎng)
看穿人體:核磁共振成像技術(shù)
磁懸浮列車(chē)
3 電磁學(xué)
電磁鐵
電流和磁場(chǎng)
尋找隱藏起來(lái)的武器:金屬探測(cè)器
法拉第定律
錄音機(jī)和電腦光盤(pán)
電磁學(xué)在銀行中的應(yīng)用:信用卡和提款卡
4 電力
電池和直流電
歐姆定律
電力公司和交流電
與地面接觸的重要性
斷電和使燈光暗淡
未來(lái)電力的資源
5 電力產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)
使用電力驅(qū)動(dòng)
電動(dòng)機(jī)
電力汽車(chē)和電力火車(chē)
未來(lái)的電力工業(yè)
6 電子工程
硅與微型集成電路片
二極管和晶體管
計(jì)算機(jī)
收聽(tīng)——收音機(jī)調(diào)頻器
電容器和電感器
遠(yuǎn)距離觀看:電視機(jī)
超導(dǎo)體
7 記錄和儲(chǔ)存、音樂(lè)和電影
通過(guò)設(shè)備聽(tīng)音樂(lè)
波譜分析和傅立葉變換
唱片和磁帶
模擬和數(shù)字
CDs和DCDs
音樂(lè)和電影播放器的未來(lái)
8 電學(xué)、磁學(xué)和生命
帶電動(dòng)物
離子和離子通道
骨骼肌的電活動(dòng)
心臟的電活動(dòng)
大腦的電活動(dòng)
帶有內(nèi)置指南針的動(dòng)物
結(jié)語(yǔ)
國(guó)際單位制及其轉(zhuǎn)換
譯者感言
1 電學(xué)
很久以前,羅馬人記載了一種生活在地中海里的魚(yú),這種魚(yú)能夠從很遠(yuǎn)的地方發(fā)射出令人感到痛的刺和針。人們對(duì)這種魚(yú)的特性感到十分吃驚,因?yàn)樗l(fā)射出的針只能讓人感到痛,但人們卻根本看不到它。羅馬物理學(xué)家曾經(jīng)用這種魚(yú)來(lái)治療令人痛苦的關(guān)節(jié)炎,也可以用它來(lái)治療頭痛和其他不適。
這種叫做魚(yú)雷的魚(yú),是電魚(yú)的一種。所有偉大的古代文明,包括羅馬文明、埃及文明和希臘文明都對(duì)至少一種電魚(yú)有很全面的了解。但是卻沒(méi)有人知道,究竟這種魚(yú)有一種什么樣的神秘力量,能夠讓它在水中遠(yuǎn)距離地使人感到麻木。
當(dāng)今很多的技術(shù)都需要電來(lái)維持,雖然這些電的產(chǎn)生和電魚(yú)產(chǎn)生電的方式不同,但是原理是一樣的。古代的人們無(wú)法有效地利用這種巨大的能量,是因?yàn)樗麄儾欢秒妼W(xué)。電在現(xiàn)代社會(huì)和自然中都是普遍存在的。它具有廣泛的應(yīng)用,一個(gè)令人極其難忘的例子可以在雷雨時(shí)的天空中看到。
閃電
雖然閃電發(fā)生在瞬間,但是卻不可能被人們忽視。閃電的亮度差不多有100萬(wàn)個(gè)燈泡那么亮,它的能量可以使任何東西燒焦或蒸發(fā),閃電是能量最大的電現(xiàn)象。
在人們知道閃電是一種電現(xiàn)象之前,人們看到閃電時(shí)總是帶著敬畏之情,并被它的魅力所吸引。最早的有關(guān)閃電的理論和電沒(méi)有什么關(guān)系,這是因?yàn)殚W電看起來(lái)和電魚(yú)沒(méi)有什么相似之處,它和古希臘人摩擦產(chǎn)生奇特吸引力和排斥力的琥珀和毛紡面料也沒(méi)有什么共同之處。直到美國(guó)著名的政治家、實(shí)業(yè)家、科學(xué)家本杰明·富蘭克林發(fā)現(xiàn)之后,人們才知道閃電和電有關(guān)。
1752年,富蘭克林在一個(gè)雷雨天氣里在戶(hù)外用風(fēng)箏和鑰匙做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn),富蘭克林得出電是由流動(dòng)的電荷引起的,而閃電則是由大氣層中的電荷引起的結(jié)論。在富蘭克林的實(shí)驗(yàn)中,這些電荷沿著濕的風(fēng)箏線(xiàn)傳下來(lái),富蘭克林用系在風(fēng)箏線(xiàn)上的鑰匙上發(fā)出的火星證實(shí)了這些電荷的存在。
現(xiàn)在,物理學(xué)家們已經(jīng)知道了大氣中的摩擦產(chǎn)生了電荷。當(dāng)一些小的顆粒,比如水滴或冰相互碰撞或相互摩擦?xí)r就可以發(fā)生這樣的現(xiàn)象。在其他因素中,風(fēng)吹散這些電荷,于是在地面和空氣上方就產(chǎn)生了巨大的電場(chǎng)力(由庫(kù)侖定律得出,在知識(shí)窗中會(huì)有講解)。有時(shí)候電力很大,可以被人們感覺(jué)到,人們就會(huì)感到頭發(fā)豎了起來(lái)。這是一個(gè)電現(xiàn)象:頭發(fā)上聚集了相同電性的電荷,它們相互排斥,使得頭發(fā)之間相互排斥,頭發(fā)就豎了起來(lái)。
大氣中的電荷和電場(chǎng)有著很強(qiáng)的相互作用。異種電荷相互吸引,如果可能的話(huà)它們就會(huì)聚集到一起,但是有力量會(huì)阻止它們的聚集,所以,它們是不可能聚集到一起的,直到這種阻力增強(qiáng)到一定程度,就會(huì)穿過(guò)天空,放射出一道亮線(xiàn),這就是閃電。
閃電通常是由一系列的電擊形成的,通常由4次電擊組成。電荷的運(yùn)動(dòng),稱(chēng)為電流,使得異種電荷聚集到一起。閃電是兩種物質(zhì)或兩個(gè)部分之間的電荷流動(dòng),這兩種物質(zhì)可以是兩片云團(tuán)或一片云團(tuán)和地面。在極短的時(shí)間里,由電流產(chǎn)生的能量就可以使閃電的溫度驟然間上升到幾千華氏度,使得空氣中的分子釋放出光。閃電溫度非常高,如果它射到地面上,可以熔化沙土,形成一種透明的物質(zhì),叫做閃電熔巖。
在任意的時(shí)間里,全世界都有大約2 000場(chǎng)雷雨。每秒就可以產(chǎn)生100道閃電。閃電可以引起大火,擊碎木頭,破壞電擊附近的電氣設(shè)備。閃電還可以電擊使人致死。僅僅在美國(guó),每年就有大約80—100人因?yàn)楸婚W電電擊而死。
雖然現(xiàn)在人們知道了閃電是一種電現(xiàn)象,但是,在幾百年前,人們相信鐘聲可以避免閃電。這種錯(cuò)誤的信念使得很多敲鐘人不得不在雷雨天爬到很高的建筑物上去拉繩敲鐘,因此,很多敲鐘人都因?yàn)楸浑姄舳苤貍。直到物理學(xué)家指出在雷雨中最危險(xiǎn)的行為是攀登到高處,此后這種奇怪而可悲的行為才得以停止下來(lái)。由庫(kù)侖定律可以得出,當(dāng)兩個(gè)電荷之間的距離縮小時(shí),它們之間的電場(chǎng)力會(huì)增加。大氣中電荷問(wèn)的電場(chǎng)力十分巨大,大到可以從地面上高的物體上吸引火花——這無(wú)疑是在向閃電的電擊發(fā)出盛隋的邀請(qǐng)。
人們可以利用閃電的這種更易于電擊最高物體的性質(zhì),使其他物體避免受到電擊。閃電在一定程度上是不可預(yù)計(jì)的,但是它電擊的目標(biāo)只和高度有關(guān)。在某種意義上,這是事實(shí),因?yàn)椴⒎窃诶子暌u擊范圍內(nèi)的最高的物體就會(huì)被電擊,而是在閃電發(fā)生附近相對(duì)最高的物體會(huì)受到電擊一也就是說(shuō),在群體中任何一個(gè)相對(duì)高度突出的物體。一棵樹(shù)或一棟房子,要是比周?chē)渌矬w高,那它就會(huì)被電擊到,或者一位站在平坦的高爾夫球場(chǎng)上的運(yùn)動(dòng)員,他比周?chē)矬w高,他就有可能受到電擊。摩天大樓是閃電電擊的最好目標(biāo)。每年,閃電都會(huì)數(shù)百次地電擊像芝加哥的希爾斯大樓和紐約的帝國(guó)大廈這樣的摩天大樓。
金屬為電荷流動(dòng)提供了很好的通道,也就成為電擊的最好目標(biāo),這在之后的章節(jié)內(nèi)會(huì)詳細(xì)講述。這也是為什么人們?cè)诿土业睦子曛凶詈貌灰诠艿、水甚至電?huà)旁邊的原因。如果流動(dòng)的電荷不能找到一條方便快捷的金屬通道,或是因?yàn)橐恍┰蛄鲃?dòng)受到了阻擋,那么它們就會(huì)尋找其他通路,這些通路也包括人體。
為電荷尋找一條安全快捷的通道流動(dòng)就是避雷針的原理。本杰明·富蘭克林最早發(fā)明了避雷針,它可以為電荷的流動(dòng)提供一條最簡(jiǎn)捷的通路,如果避雷針安放正確,它會(huì)比周?chē)钠渌矬w都高。避雷針可以將閃電的電擊傳到地面,如果電擊襲來(lái),它就會(huì)順著避雷針傳到地面,不會(huì)造成傷害,地球足夠大可以供電荷分布。
粘在一起的襪子和跳動(dòng)的火花
粘在一起的襪子看起來(lái)和閃電沒(méi)有什么共同之處,但是事實(shí)上它們有相似之處。它們都是靜電的一種。
任何一種摩擦都可以分離電荷。用毛紡面料摩擦琥珀可以分離電荷,大氣中的粒子碰撞也可以。在甩干機(jī)里翻滾的襪子也可以產(chǎn)生電荷,摩擦分離出正電荷和負(fù)電荷,由庫(kù)侖定律得出,它們彼此間存在相互作用力。這種力被稱(chēng)為靜電力,因?yàn)樗鼈兪请妶?chǎng)力的一種,但相對(duì)不變,保持靜止——直到放電現(xiàn)象發(fā)生。閃電是最令人印象深刻的例子,而靜電力產(chǎn)生的火花卻隨處可見(jiàn)。
……