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1、1,生物磁学,2012-2013 第二学年公共选修课,资环学院 周 克,2,第一章 我们生活在磁的世界里,3,世界末日与地磁倒转？,4,磁性的来源,物质的磁性来自构成物质的原子 原子的磁性又主要来自原子中的电子,原子中电子的磁性有两个来源。 一个来源是电子本身具有自旋，因而能产生自旋磁性，称为自旋磁矩； 另一个来源是原子中电子绕原子核作轨道运动时也能产生轨道磁性，称为轨道磁性。,5,磁性的来源,原子中的原子核也具有磁性，称为核磁性 原子核和电子的磁性大致与其质量成反比 由于原子核的质量远高于电子的质量，核磁性只有电子磁性的约千分之一或更低,故一般讲物质磁性和原子磁性都主要考虑原子中的电子磁性。
2、,6,磁性的来源,向上与向下自转的电子数相等,向上与向下自转的电子数不等,无磁性,磁性 （例如铁、钴、镍）,7,一切物质皆具有磁性， 但大部分物质的磁性很弱，称之为弱磁性物质， 少部分物质的磁性很强，称之为强磁性物质。,磁是少见的吗？,8,磁是少见的吗？,磁是普遍存在的，近自我们的身体和我们居住的地球，远至月球、太阳、各类天体和宇宙空间；小至原子、原子核和各种基本例子，大至天体和宇宙，构成它们的各种物质都具有磁性，它们所在的空间都存在磁场。因此，从某种意义上说，我们生活在磁的世界里。,9,第二章 中国是磁的故乡,10,中国是磁的故乡,11,12,基本论点： 郑和船队已经环行世界，发现美洲、澳大
3、利亚、新西兰，并在这些地方建立了殖民据点。 郑和船队绘制了世界地图。这些地图落入哥伦布手中。,证据： 根据历史纪录，哥伦布拿了地图去“发现”美洲。 哥伦布在美洲看到中国人。 根据古地图证明1428年以前已有全世界地图 加拿大苏人，Cree Orjibwa人种的DNA，包含来自东方的成分。 新西兰发现几百年前中国人的殖民据点。 中国明代郑和掌握世界上最先进的航海技术和最大船队。 库克船长发现中国人在澳洲有聚落村庄活动。,13,14,中国是磁的故乡磁石的发现和应用,磁石 一般指天然的磁铁矿（Fe3O4） 永磁性：具有吸引强磁性物质，如Fe和Fe3O4的特殊性。,慈石? 古代称慈石，用慈爱来描述磁石
4、吸铁现象,15,中国是磁的故乡磁石的发现和应用,1.磁石的记载 春秋战国时期的管子“上有磁石者，下有铜金”。 山海经“题灌山中多磁石”， 主要跟炼铁技术和铁器的应用有关。,2. 磁石吸铁： 鬼谷子：磁石吸引铁针的记载； 吕氏春秋：磁石吸铁的记载； 淮南子：磁石吸引铁，不能吸引铜和瓦片； 论衡：将磁石吸引铁和戴帽吸引芥草的静电现象相比较。,16,中国是磁的故乡磁石的发现和应用,3. 磁石能指示南北方向,司南是我国春秋战国时代发明的一种最早的指示南北方向的指南器,鬼谷子：采集玉石的人，为避免野外迷路，带上磁石； 韩非子：“先王立司南，以端朝夕” （以正四方）； 论衡：“司南之杓，投之于地，其柢指南
5、”。 将一个汤勺形状的司南。投放到地上后，其柄端会指示南方。,17,中国是磁的故乡磁石的发现和应用,在西汉的史记(约公元前90年)书中的“仓公传”便讲到齐王侍医利用5种矿物药(称为五石)治病。这5种矿物药是指磁石 (Fe3O4)、丹砂(HgS)、雄黄(As2O3)、矾石(硫酸钾铝)和曾青(2cuCo3)。 随后历代都有应用磁石治病的记载。,在东汉的神农本草(约公元2世纪)药书中便讲到利用味道辛寒的慈(磁)石治疗风湿、肢节痛、除热和耳聋等疾病。,南北朝陶弘景著的名医别录(公元510年)医药书中讲到磁石可以养肾脏 ，强骨气，通关节，消痛肿等。,4. 磁石在医学上的应用,18,中国是磁的故乡磁石的发
6、现和应用,唐代著名医药学家孙思邈著的千金方(公元652年)药书中还讲到用磁石等制成的蜜丸，如经常服用可以对眼力有益。,北宋何 希影著的圣惠方(公元1046年)医药书中又讲到磁石可以医治儿童误吞针的伤害，这就是把枣核大的磁石，磨光钻孔穿上丝线后投入喉内，便可以把误吞的 针吸出来。,南宋严用和著的济生方(公元1253年)医药书中又讲到利用磁石医治听力不好的耳病，这是将一块豆大的磁石用新绵塞入耳内，再在口中含一块生铁，便可改善病耳的听力。,19,中国是磁的故乡磁石的发现和应用,对磁石形状、主治病名、药剂制法和多种应 用的描述都很详细，例如磁石治疗的疾病就有耳卒聋闭、肾虚耳聋、老人耳聋、老人虚损、眼昏
7、内障、小儿惊痫、子宫不收、大肠脱肛、金疮肠出、金疮血出、误吞 针铁、丁肿热毒、诸般肿毒等10多种疾病，利用磁石制成的药剂有磁朱丸、紫雪散和耳聋左慈丸等。,明代著名药学家李时珍著的本草纲目关于医药用磁石的记述,20,中国是磁的故乡磁石的发现和应用,1921年出版的中国医学大辞典记载了利用磁石作重要原料 的几种中成药，如磁石丸、磁石大味丸、磁石毛、磁石羊肾丸、磁石酒、磁石散和磁朱丸等。,1956年修订的中国药学大辞典中详述了慈 (磁)石的种类、制法、用法、主治和历代的记载考证，还列举了磁石在医药上的10余种应用。,1963年我国卫生部出版的中华人民共和国药典中列举了以 磁石为重要成分的几种中成药，
8、如耳聋左慈丸、紫雪(散)和磁朱丸等。,21,中国是磁的故乡司南和指南针,利用天然磁石制成汤勺形，由其勺柄指示南方。,1）司南 是我国春秋战国时代发明的一种最早的指示南北方向的指南器,22,中国是磁的故乡司南和指南针,2）指南鱼,北宋的武经总要(公元1044年)： 1）将铁片剪成首尾两端尖锐的鱼形； 2）放在炭火中烧红后取出； 3）尾部指向北方斜放入水中。 将这样制成的指南鱼放在水碗中便可指示南北方向。,科学原理的： 1）首先利用水中淬火产生相变和(地)磁场热处理可以提高指南鱼铁片的磁性和矫顽力； 2）其次利用首尾两端尖锐的长条形铁片可以提高指向精度和减小退磁因数； 3）再次是利用铁片向北倾斜放
9、入水中淬火能更接近地(球)磁场倾角即接近总地磁场方向，可以提高磁场热处理的效果。,23,中国是磁的故乡司南和指南针,24,中国是磁的故乡司南和指南针,2）指南鱼,北宋的武经总要(公元1044年)： 1）将铁片剪成首尾两端尖锐的鱼形； 2）放在炭火中烧红后取出； 3）尾部指向北方斜放入水中。 将这样制成的指南鱼放在水碗中便可指示南北方向。,科学原理： 1）首先利用水中淬火产生相变和(地)磁场热处理可以提高指南鱼铁片的磁性和矫顽力； 2）其次利用首尾两端尖锐的长条形铁片可以提高指向精度和减小退磁因数； 3）再次是利用铁片向北倾斜放入水中淬火能更接近地(球)磁场倾角即接近总地磁场方向，可以提高磁场热
10、处理的效果。,25,中国是磁的故乡司南和指南针,沈括,26,中国是磁的故乡司南和指南针,指甲托针法,碗缘托针法,丝悬磁针法,水面浮针法,27,中国是磁的故乡司南和指南针,丝悬磁针法,现代指南针,28,中国是磁的故乡司南和指南针,水罗盘,水面浮针法,29,中国是磁的故乡司南和指南针,“然常微偏东，不全南也。”,30,中国是磁的故乡司南和指南针,31,最早记载指南针在航海上应用的是北宋的萍州可谈(1119)，书中讲到：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”,古海船针房,中国是磁的故乡司南和指南针,32,中国是磁的故乡司南和指南针,指南车： 依靠机械结构，而不是依靠磁性指南的。,炎黄对抗
11、蚩尤 周公送大臣,33,中国是磁的故乡北极光和太阳黑子,史记： 黄帝的母亲在黄帝出生时，便看见大电围绕在北极星周围； 黄帝炎帝联盟中的一位首领在其出生的前一年，有白亮的瑶光出现； 秦子婴元年（公元前207年）12月，枉矢西流； ,34,中国是磁的故乡北极光和太阳黑子,1-蚩尤旗；2-枉矢；3-长庚；4-格泽；,清，黄鼎管窥辑要,5-含誉；6-狱汉；7-归邪；,8-众星并流；9-大星如月；10-濛星；,11-旬始；12-天冲；13-天狗,35,周易：“日中见斗” 淮南子（西汉，公元120年）：“日中有踆乌” 汉书（东汉，65-100年）：“汉元帝永光元年四月，日中黑子，大如弹丸”； “汉成帝河平元年三月乙未，日出黄，有黑气，大如钱，居日中”,中国是磁的故乡北极光和太阳黑子,36,中国是磁的故乡小结,1. 磁石的发现； 2. 磁石吸铁现象的发现； 3. 最早指南器司南的发明； 4. 指南针的发明； 5. 地磁偏角的发现和地磁倾角的利用； 6. 人工磁化方法的发明； 7.指南针在航海上的应用； 8. 北极光的最早最多的记载； 9.太阳黑子最多的记载； 10. 磁石在医药上的应用。,