万磁王才是宇宙之王

科幻电影《X战警》系列中有一个强大的反派,他就是万磁王。作为一名“变种人”,他可以利用磁力操纵金属运动,企图让变种人主宰世界,但最终还是被X战警们齐心协力制服了。然而,电影编剧显然低估了万磁王的本领,倘若他充分发挥自己的超能力,就将变得所向无敌。

控制磁场的万磁王

电影中,警察们把万磁王包围了,十几支枪纷纷对准他,随时准备发射子弹。然而,枪支统统从警察手中脱离,悬浮到半空中,反过来瞄准了他们。原来,这些枪支被万磁王控制了。

万磁王之所以拥有这样的能力,得益于一种特殊物质——磁场。万磁王能改变磁场,进而控制物质运动。小到匕首、枪械、导弹,大到桥梁乃至整座体育场,他都可以控制,一次能搬动的物体质量估计超过30000吨。

看不见的磁力线

磁场看不见、摸不着,但我们很容易找到它的蛛丝马迹:把铁粉洒在磁铁周围,它们就会排成一条条弧线;掏出指南针,它总是指向地球的磁南、磁北极。磁场如同一片无形的海洋,受其影响的物质就像船只,随着海浪一起流动。

为了描述磁场,人们假想出了磁感线。

用闪电攻击敌人

万磁王的战斗方式是朝敌人扔金属,或操纵对方的武器。效果很壮观,但也过于简单,超级英雄们仍能挡住他的攻击。不过,如果万磁王活用一些简单的物理知识,他完全可以将敌人电得外焦里嫩。

万磁王跟电有什么关系?电与磁可以互相转化。

实验证明,电流的周围会产生磁场,这被称为“电流的磁效应”;反过来,把原本没有电的导体放在磁场中移动,或者导体不动、使磁场发生变化,此时导体内会产生电流,这被称为“电磁感应”。

万磁王只要利用电磁感应放出闪电般的超强电流,超级英雄就算力大无穷,也难以经受他的攻击。

超音速炮弹

假如万磁王碰上的是雷神索尔等不怕电的超级英雄,闪电可能就不管用了。这时,万磁王可以把电和磁结合起来,制造更猛烈的物理攻击——电磁炮。

电磁炮与普通的炮弹截然不同,它不依靠火药爆炸推动,而是靠电磁力。

而万磁王可以利用电场与磁场的共同作用,制造强大的电磁力,推动炮弹高速前进。有了这种武器,超级英雄们可能还没接近万磁王,就在几十万米之外被飞速袭来的电磁炮击倒了。

没有磁场,谁先遭殃?

如果没有磁场,万磁王是不是就只能束手就擒了?很有可能,可一旦磁场消失,遭殃的不只是万磁王,还有全地球的生物。

地球拥有天然的磁场,它可以保护地球免遭太阳风的冲击。如果地球磁场消失了,太阳风的带电粒子会剥离地球的臭氧层,地球上的生物将遭到紫外线的猛烈攻击。

電生磁,磁生电

在原本没有磁性的地方,磁场强度约等于0,如同风平浪静的海面。这时,通电导体像一艘船快速驶过,海面上会随之荡起波浪,磁性产生。这就是电流的磁效应。

在磁场“海洋”中,海浪规则地前进着,但导体“小船”却拒绝随海浪一起移动,而是逆着海浪横冲直撞。海浪的前进受阻,磁感线被船“切割”,在船身、船尾拍起一道道“浪花”。这些浪花就是电流,这就是电磁感应。

电与磁是同一枚硬币的两面

带电的物质也具有一种场,即电场。

磁体:受到磁场力的作用。磁体具有磁极,磁极分成南极(S)和北极(N)。相同的磁极会互相排斥,不同的磁极会互相吸引,即“同性相斥,异性相吸” 。

带电物质:受到电场力的作用。带电物质携带电荷,电荷分成正电荷(+)和负电荷(-)。相同的电荷会互相排斥,不同的电荷会互相吸引。

你有没有发现,电与磁其实非常相似?事实上,19世纪时,物理学家麦克斯韦就意识到,电场和磁场相当于同一枚硬币的两面,这枚硬币就是电磁场。在电磁场中,物质会受到电磁力的作用。

你可以做两个小实验,验证电磁感应与电流的磁效应。

一 磁生电

1.准备一个玩具四驱车用的小马达,在它的两个导电片上连接电线和小灯泡。

2.用手指拧马达上的齿轮,使它快速转动,这时小灯泡就会开始闪烁。

二 电生磁

1.准备电池、电线、小灯泡、一根铁钉和一个指南针。将电线一圈圈缠绕在铁钉上,连通电池与小灯泡。

2.把指南针放到铁钉附近,这时你会发现,随着通电,指南针的指示方向会微微偏转,这说明产生了磁场;当电线断开,指南针就会恢复正常。

  全球大停电

万磁王还能使用大范围攻击——电磁脉冲,虽然不像闪电、电磁炮那样具有杀伤力,却可以让全世界停电。

电磁脉冲以光速在空间中传播,由于电磁感应,它会使含有磁性材料的电器内感应出高强度的电流,从而烧坏电路。如此一来,依靠电子设备进行战斗的钢铁侠等超级英雄只能束手就擒,许多地区的电力系统也会被破坏,这里的城市将陷入瘫痪状态。

在现实的军事领域,人们已制造出了电磁脉冲炸弹,专门用来破坏敌方的电子设备。高空中的核弹爆炸也会产生大范围的电磁脉冲。

无处不在的电磁力

电影中,万磁王虽然强大,但也有弱点。他被金刚狼、镭射眼等人打败,被关入一座塑料监狱中,这里的设施不含任何金属材料,万磁王无法控制,他的超能力就此失去了用武之地。

然而,当万磁王操控磁场的能力达到登峰造极之时,区区塑料监狱可困不住他。这是因为电磁力不只对铁、钴等金属材料起作用,它实际上存在于人们生活中的每个角落。站立时地面给脚底的支持力、与小伙伴玩耍时手与手的拉力、挥舞球棒打在球上的冲击力……我们能感受到的各种力,除了引力之外,归根结底都属于电磁力。

是不是感到非常意外?将物质放大,你就会知道其中的原因。

如果没有电磁力

原子核带正电,电子带9901a1a3fc9b12e00540d031f91738139f9c641edd1d7c392fcfefed00b6e4f7负电,它们被电磁力吸引到一起,形成原子;在一定的条件下,比如发生了化学反应,原子之间又会因电磁力而聚到一起,形成分子,进而构成丰富多彩的世间万物。

在极近的距离内比较,电磁力比引力强得多,比如只需一块磁铁,就可以克服引力,把沉重的铁块吸起。如果没有电磁力,光依靠引力,原子、分子将难以形成;我们的宇宙或许会变成一团“粉末”,只有原子核、电子等微小的物质在虚空中飘荡。

构成世界的力量

引力、电磁力、强力、弱力是自然界的四大基本力。

弱力作用于比原子核更小的基本粒子;强力使原子核形成;电磁力使原子、分子等物质形成;引力再使更大的物质相互吸引,形成天体。在这四种力量的指挥下,宇宙万物得以成为今天的模样。

任意毁灭与创造

可以说,除了引力之外,我们人类能感受到的各种力都属于电磁力,也正是电磁力使我们的身体得以形成。

如果万磁王能随心所欲地调整微观领域的电磁力,无论是塑料、钢铁还是敌人的身躯,都可被转化成不堪一击的粉末;万磁王也可以凝聚自然界中的物质,造出武器、堡垒等一切自己想要的东西。就这样,万磁王拥有了创造物质和毁天灭地的能力,已经没有人能打败他了。

万磁王就在我们身边

原来万磁王的超能力可以强大到这种地步!如果电影真的这么拍,代表正义的超级英雄们恐怕只能灰溜溜地逃走了。万磁王是虚构的角色,但在现实中, 实现万磁王超能力的电磁技术早已被用在人类社会的各个方面。

电能的制造机

虽然无法像万磁王那样直接移动物体和制造电流,但我们可以利用电动机与发电机完成这些任务。

电动玩具车、搅拌机、电动车等许多电器之所以能运作,靠的就是电动机,也就是俗称的马达。马达内部有一个转子,上面缠绕着金属线圈,通电后会产生磁性,它和馬达内原有的磁铁相互吸引或排斥,就会带动转子旋转。

反过来,如果不给马达通电,但用外力使转子旋转,由于电磁感应,金属线圈内会产生电流,这时,马达成为了一台发电机。

我们使用的电力几乎都是由发电机制造的。除了太阳能以外,化石燃料、水能、风能或核能都要经过发电机的转化才能成为电能,然后通过电缆抵达我们身边,使手机、台灯、电脑等一切电器得以运行。

力大无穷的电磁铁

万磁王可以用磁力举起沉重的物体,我们也可以通过电磁铁做到。电磁铁由导线缠绕铁芯组成,通电产生磁性,断电后又失去磁性。

人类无法搬动的钢材可以通过起重机吊起,它拥有一个可吸附金属的大型吸盘,正是由电磁铁构成;磁悬浮列车车底和轨道的电磁铁互相排斥,使列车悬浮,摩擦力大为减小,列车因此能高速行驶,便利了我们的出行。

不仅如此,电磁铁还能被制成各种灵敏的机械装置,如电铃、音响、开关、刹车等等。

在学校里,上课前响起的电铃正是通过灵活的通、断电,使电磁铁反复吸附、松开弹性片,进而让弹性片连接的铁锤快速敲击在铁铃上,发出连续的“铃铃”声。

粒子加速器

就连在微观领域操纵电磁力的道具,人类也拥有了,它就是粒子加速器,可以通过电磁场使粒子不断加速。老式电视、X光机、核磁共振仪等都需要粒子加速器提供各种高能粒子束。

中国兰州、瑞士的日内瓦等地建造了科研专用的巨型粒子加速器,可以把粒子加速到接近光速,制造“车祸现场”:高速粒子之间发生碰撞,碎裂成更小的粒子。加速器中的检测装置会记录下这些粒子的速度和运动轨迹,以供物理学家发现、研究新粒子。

万磁王唯一的“天敌”

无论是万磁王还是人类发达的科技,即便所向无敌,也有一个无法战胜的“天敌”——能量守恒。

例如你今天上体育课时跑了1000米,放学后就会感到饥饿疲惫,饭都多吃了一碗,这是因为运动消耗了更多的能量,你需要多吃些食物补充回来。对于任何一个系统,例如人体、电器或天体,能量不会凭空产生,也不会凭空消失,这就是能量守恒。

动物需要食物,汽车需要燃油,电器需要电能,万磁王如果想搬动那么多、那么重的物体,必然要消耗大量能量。可这些能量又从哪儿来呢?光靠吃饭可提供不了万磁王所需的大量能源。或许万磁王体内藏着一个核反应堆?无论如何,不管是万磁王利用电与磁掌控世界,还是我们利用电与磁使生活更加便捷,都要遵守能量守恒定律,否则将寸步难移。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年11月1日 上午7:53。
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