磁 磁性:物質(zhì)能吸引鐵、鈷、鎳等金屬的特性。
磁體:具有磁性的物體。
先秦時代我們的先人已經(jīng)積累了許多這方面的認識,在探尋鐵礦時常會遇到磁鐵礦,即磁石(主要成分是四氧化三鐵)。這些發(fā)現(xiàn)很早就被記載下來了。《管子》的數(shù)篇中最早記載了這些發(fā)現(xiàn):“山上有磁石者,其下有金銅?!逼渌偶纭?/span>山海經(jīng)》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早就被人發(fā)現(xiàn),《呂氏春秋》九卷精通篇就有:“慈招鐵,或引之也?!蹦菚r的人稱“磁”為“慈”他們把磁石吸引鐵看作慈母對子女的吸引。并認為:“石是鐵的母親,但石有慈和不慈兩種,慈愛的石頭能吸引他的子女,不慈的石頭就不能吸引了?!睗h以前人們把磁石寫做“慈石”,是慈愛石頭的意思。 既然磁石能吸引鐵,那么是否還可以吸引其他金屬呢?我們的先民做了許多嘗試,發(fā)現(xiàn)磁石不僅不能吸引金、銀、銅等金屬,也不能吸引磚瓦之類的物品。西漢的時候人們已經(jīng)認識到磁石只能吸引鐵,而不能吸引其他物品。 當把兩塊磁鐵放在一起相互靠近時,有時候互相吸引,有時候相互排斥?,F(xiàn)在人們都知道磁體有兩個極,一個稱N極,一個稱S極。同性極相互排斥,異性極相互吸引。那時的人們并不知道這個道理,但對這個現(xiàn)象還是能夠察覺到的。
到了西漢,有一個名叫欒大的方士,他利用磁石的這個性質(zhì)做了兩個棋子般的東西,通過調(diào)整兩個棋子極性的相互位置,有時兩個棋子相互吸引,有時相互排斥。欒大稱其為“斗棋”。他把這個新奇的玩意獻給漢武帝,并當場演示。漢武帝驚奇不已,龍心大悅,竟封欒大為“五利將軍”。欒大利用磁石的性質(zhì),制作了新奇的玩意蒙騙了漢武帝。 地球也是一個大磁體,它的兩個極分別在接近地理南極和地理北極的地方。因此地球表面的磁體,可以自由轉動時,就會因磁體同性相斥,異性相吸的性質(zhì)指示南北。這個道理古人不夠明白,但這類現(xiàn)象他們很清楚。
靜止的電荷會產(chǎn)生靜電場;靜止的磁偶極子會產(chǎn)生靜磁場。運動的電荷被稱為電流,會產(chǎn)生電場和磁場。 所謂的電磁場是電場與磁場的統(tǒng)稱。在固定(靜)電荷和電偶極化物質(zhì)的四周會建立電場,當身體靠近電視或電腦熒幕前,會感受到毛發(fā)豎立。就是因為(靜)電場存在;磁場則源于電荷的移動,電流量愈大,磁場愈強。磁場強度的單位是A/m。而我們一般講的磁場其實指的是磁場密度,單位是T/Tesla或G/GAUSS。 一般所稱的「場」指的是空間中的一個區(qū)域,進入的物體都會感受到力的作用。例如我們生活在地球的重力場中,也生活在地磁的磁場中,閃電時我們更籠罩在強大的電場中。
◎電場:我們生活中常常會發(fā)現(xiàn)電場的存在,例如冬季脫毛衣發(fā)生的爆裂聲、接觸門把手的觸電感覺,這些都是因摩擦而產(chǎn)生的靜電現(xiàn)象。在電力的使用中,只要有電壓存在,電線或電器設備周圍就會有電場。電場一般是以千伏/米(KV/M)作單位。例如,閃電時地表約有30KV/M~150KV/M之直流電場強度,輸電線下之60赫電場強度在3KV/M~5KV/M以下。
◎磁場:將磁鐵置于紙板下,灑鐵粉在紙板上,就會發(fā)現(xiàn)北極與南極間產(chǎn)生相連的幾圈條紋,這就是磁場。在電力使用中,只要有電流通過,導線的周圍就會產(chǎn)生磁場,磁場的單位是以特斯拉(T)或高斯(G)或毫高斯(mG)表示。 電磁場理論的歷史
人們很早就接觸到電和磁的現(xiàn)象,并知道磁棒有南北兩極。在18世紀,發(fā)現(xiàn)電荷有兩種:正電荷和負電荷。不論是電荷還是磁極都是同性相斥,異性相吸,作用力的方向在電荷之間或磁極之間的連接線上,力的大小和它們之間的距離的平方成反比。在這兩點上和萬有引力很相似。18世紀末發(fā)現(xiàn)電荷能夠流動,這就是電流。但長期沒有發(fā)現(xiàn)電和磁之間的聯(lián)系。 19世紀前期,奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使小磁針偏轉。而后安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向,以及磁針到通過電流的導線的垂直線方向相互垂直。不久之后,法拉第又發(fā)現(xiàn),當磁棒插入導線圈時,導線圈中就產(chǎn)生電流。這些實驗表明,在電和磁之間存在著密切的聯(lián)系。在電和磁之間的聯(lián)系被發(fā)現(xiàn)以后,人們認識到電磁力的性質(zhì)在一些方面同萬有引力相似,另一些方面卻又有差別。為此法拉第引進了力線的概念,認為電流產(chǎn)生圍繞著導線的磁力線,電荷向各個方向產(chǎn)生電力線,并在此基礎上產(chǎn)生了電磁場的概念。 現(xiàn)在人們認識到,電磁場是物質(zhì)存在的一種特殊形式。電荷在其周圍產(chǎn)生電場,這個電場又以力作用于其他電荷。磁體和電流在其周圍產(chǎn)生磁場,而這個磁場又以力作用于其他磁體和內(nèi)部有電流的物體。電磁場也具有能量和動量,是傳遞電磁力的媒介,它彌漫于整個空間。
19世紀下半葉,麥克斯韋總結了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律,并引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是:變化著的電場能產(chǎn)生磁場;變化著的磁場也能產(chǎn)生電場。在此基礎上他提出了一組偏微分方程來表達電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律。這套方程稱為麥克斯韋方程組,是經(jīng)典電磁學的基本方程。麥克斯韋的電磁理論預言了電磁波的存在,其傳播速度等于光速,這一預言后來為赫茲的實驗所證實。于是人們認識到麥克斯韋的電磁理論正確地反映了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律,肯定了光也是一種電磁波。由于電磁場能夠以力作用于帶電粒子,一個運動中的帶電粒子既受到電場的力,也受到磁場的力,洛倫茲把運動電荷所受到的電磁場的作用力歸結為一個公式,人們就稱這個力為洛倫茨力。描述電磁場基本規(guī)律的麥克斯韋方程組和洛倫茨力就構成了經(jīng)典電動力學的基礎。 電磁場與一般輻射的比較
輻射是能量傳遞的一種方式,輻射依能量的強弱分為三種:
非游離輻射(有熱效應):能量弱,不會破壞生物細胞分子,但會產(chǎn)生溫度,如微波、光。
非游離輻射(無熱效應):能量最弱,不會破壞生物細胞分子,也不會產(chǎn)生溫度,如無線電波、電力電磁場。
電磁場會衰減嗎?可以設法隔絕嗎?
電磁場的強度會隨著與發(fā)生源的距離加大而急速的降低。電場很容易被金屬的外殼、鋼筋混凝土的建筑物隔絕。電力設備如變壓器、因有金屬外殼,故外面幾乎沒有電場。磁場卻很難隔絕,但如方向相反、大小相同的電流產(chǎn)生的磁場可以互相抵銷。因此,三相輸電的電力線較單相電力線產(chǎn)生的磁場會小得多。本公司輸電線路均為三相線路,其所產(chǎn)生的磁場經(jīng)相互抵銷后,均已甚低。 家電產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁場大小情況
家電器具使用低壓,即110伏特或220伏特電壓,因此電場強度很小。至于磁場大小又與耗電量、廠牌及距離有很大的差異。 下表是英國國家輻射保護局(NRPB)公布之磁場資料: 距離
電器品
3公分
1公尺
電視
25~500(毫高斯)
0.1~1.5(毫高斯)
微波爐
750~2000(毫高斯)
2.5~6(毫高斯)
吹風機
60~2000(毫高斯)
0.1~3(毫高斯)
冰箱
5~17(毫高斯)
<0.1(毫高斯)
電胡刀
150~15000(毫高斯)
0.1~3(毫高斯)
洗衣機
8~500(毫高斯)
0.1~1.5(毫高斯)
吸塵器
2000~8000(毫高斯)
1.3~20(毫高斯)
臺燈
400~4000(毫高斯)
0.2~2.5(毫高斯)
架空輸電線下的電磁場大小情況
電場大小與電壓及距離有關,磁場大小與電流及距離有關,由于電流大小隨負載而變,并不是一個定值,因此磁場值也是在一個范圍內(nèi)變動。
目前國外先進國家對磁場之限制標準情況
下表為目前各國在一般情況下,對電力頻率磁場所定之限制標準,其中國際非游離輻射保護協(xié)會(IRPA)所定之標準最為嚴格。
先進國家對于50/60赫磁場限制之推薦值
國 家
限制值 (毫高斯)
職業(yè)人員
一般民眾
國際輻射保護協(xié)會
(IRPA)
全天
5,000
1,000
數(shù)小時
50,000
10,000
日 本
連續(xù)暴露
50,000
2,000
短時間暴露
100,000
10,000
蘇 聯(lián)
8小時
18,000
-
1小時
75,000
-
英國國家輻射保護局
(NRPB)
20,000
20,000
美國政府工衛(wèi)學者聯(lián)會
(ACGIH)
10,000
-
德 國
50,000
50,000
澳 洲
同IRPA
同IRPA
電磁場有害人體嗎?
近年來,科學家一般認為極低頻的電磁場(就是一般電力線及電力設備所產(chǎn)生的電磁場),就能量觀點而言,既不能打斷分子鍵或化學鍵,也不會因微量的熱而對人體健康產(chǎn)生不良影響。 雖然某些流行病學的研究懷疑少部份癌癥與電磁場有「統(tǒng)計學上的相關性」(注),但是一些細心且負責的科學家在研究后,指出這些研究在設計及解釋上還有很多問題存在。
國外自1979年開始此方面研究以來,發(fā)表之論文、報告超過1000篇,由于病例百分比低,且致癌因素種類多,難以排除其它因素,所得結果,有些顯示有少許關連性,有些又否定了會有關連性。
1989年10月美國勞工部(DOL)要求輻射研究及政策協(xié)調(diào)委員會(CIRRPC)協(xié)助評估過去有關暴露在電磁場影響之報告,CIRRPC委托橡樹嶺附屬大學(ORAU)組成一個包括全美杰出科學家的11人小組,自1991年9月至1992年5月,對最近10余年約1000篇論文分析整理,評估結論為:從以往已發(fā)表的文獻中,沒有可確信的證據(jù)支持暴露在家電器具、電力線及顯示屏之極低頻磁場會產(chǎn)生健康危害。
各權威組織對電磁場與健康關系如何評斷?
☆國際非游離輻射保護協(xié)會(IRPA):雖有一些流行病學研究認為暴露在50/60赫電磁場與癌癥有關連,但無法證實,也有一些認為沒有關連。
☆世界健康組織(WHO):
暴露在極低頻電磁場不會產(chǎn)生生理影響。
☆美國國會技術評核室(OTA):
所有的研究迄今仍是有爭議的,許多實驗發(fā)現(xiàn)暴露在電磁場與否對生物并無差異,我們無法證實在危險性存在。
☆美國南加州電力公司(SCE):
南加州電力公司針對1960年至1988年間在該公司服務一年以上之36221名員工做職業(yè)流行病學調(diào)查,于1993年3月15日發(fā)表調(diào)查結果,結論為:員工工均暴露在磁場之量較一般民眾高,惟罹患白血病或腦瘤之可能性并無較高,且罹患癌癥死亡年齡亦未提早。 ☆瑞典國家電力安全局(NESB):
于1994年發(fā)表電磁場信息小冊,說明磁場對人體是否有影響尚無法證實,因而沒有足以訂定限制值之參考基準,故短期內(nèi)不會訂定任何磁場強度之限制值。
相對于電磁場對人體可能造成影響的說詞,目前坊間正流行一些以強度高達550000毫高斯之60赫磁場治療器來治療各種慢性疾病,且聲稱獲醫(yī)學臨床證明,至于其長期的影響如何,尚無人做此方面研究。