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(shí)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(shí)常會(huì )遇到磁鐵礦,即磁石(主要成分是四氧化三鐵)。這些發(fā)現很早就被記載下來(lái)了。《管子》的數篇中最早記載了這些發(fā)現:“山上有磁石者,其下有金銅。”其他古籍如《山海經(jīng)》中也有類(lèi)似的記載。磁石的吸鐵特性很早就被人發(fā)現,《呂氏春秋》九卷精通篇就有:“慈招鐵,或引之也。”那時(shí)的人稱(chēng)“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(ài)的石頭能吸引他的子女,不慈的石頭就不能吸引了。”漢以前人們把磁石寫(xiě)做“慈石”,是慈愛(ài)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)現磁石不僅不能吸引金、銀、銅等金屬,也不能吸引磚瓦之類(lèi)的物品。西漢的時(shí)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(shí),有時(shí)候互相吸引,有時(shí)候相互排斥。現在人們都知道磁體有兩個(gè)極,一個(gè)稱(chēng)N極,一個(gè)稱(chēng)S極。同性極相互排斥,異性極相互吸引。那時(shí)的人們并不知道這個(gè)道理,但對這個(gè)現象還是能夠察覺(jué)到的。
到了西漢,有一個(gè)名叫欒大的方士,他利用磁石的這個(gè)性質(zhì)做了兩個(gè)棋子般的東西,通過(guò)調整兩個(gè)棋子極性的相互位置,有時(shí)兩個(gè)棋子相互吸引,有時(shí)相互排斥。欒大稱(chēng)其為“斗棋”。他把這個(gè)新奇的玩意獻給漢武帝,并當場(chǎng)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(gè)大磁體,它的兩個(gè)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(dòng)時(shí),就會(huì )因磁體同性相斥,異性相吸的性質(zhì)指示南北。這個(gè)道理古人不夠明白,但這類(lèi)現象他們很清楚。
靜止的電荷會(huì )產(chǎn)生靜電場(chǎng);靜止的磁偶極子會(huì )產(chǎn)生靜磁場(chǎng)。運動(dòng)的電荷被稱(chēng)為電流,會(huì )產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。 所謂的電磁場(chǎng)是電場(chǎng)與磁場(chǎng)的統稱(chēng)。在固定(靜)電荷和電偶極化物質(zhì)的四周會(huì )建立電場(chǎng),當身體靠近電視或電腦熒幕前,會(huì )感受到毛發(fā)豎立。就是因為(靜)電場(chǎng)存在;磁場(chǎng)則源于電荷的移動(dòng),電流量愈大,磁場(chǎng)愈強。磁場(chǎng)強度的單位是A/m。而我們一般講的磁場(chǎng)其實(shí)指的是磁場(chǎng)密度,單位是T/Tesla或G/GAUSS。 一般所稱(chēng)的「場(chǎng)」指的是空間中的一個(gè)區域,進(jìn)入的物體都會(huì )感受到力的作用。例如我們生活在地球的重力場(chǎng)中,也生活在地磁的磁場(chǎng)中,閃電時(shí)我們更籠罩在強大的電場(chǎng)中。
◎電場(chǎng):我們生活中常常會(huì )發(fā)現電場(chǎng)的存在,例如冬季脫毛衣發(fā)生的爆裂聲、接觸門(mén)把手的觸電感覺(jué),這些都是因摩擦而產(chǎn)生的靜電現象。在電力的使用中,只要有電壓存在,電線(xiàn)或電器設備周?chē)蜁?huì )有電場(chǎng)。電場(chǎng)一般是以千伏/米(KV/M)作單位。例如,閃電時(shí)地表約有30KV/M~150KV/M之直流電場(chǎng)強度,輸電線(xiàn)下之60赫電場(chǎng)強度在3KV/M~5KV/M以下。
◎磁場(chǎng):將磁鐵置于紙板下,灑鐵粉在紙板上,就會(huì )發(fā)現北極與南極間產(chǎn)生相連的幾圈條紋,這就是磁場(chǎng)。在電力使用中,只要有電流通過(guò),導線(xiàn)的周?chē)蜁?huì )產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)的單位是以特斯拉(T)或高斯(G)或毫高斯(mG)表示。 電磁場(chǎng)理論的歷史
人們很早就接觸到電和磁的現象,并知道磁棒有南北兩極。在18世紀,發(fā)現電荷有兩種: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(xiàn)上,力的大小和它們之間的距離的平方成反比。在這兩點(diǎn)上和萬(wàn)有引力很相似。18世紀末發(fā)現電荷能夠流動(dòng),這就是電流。但長(cháng)期沒(méi)有發(fā)現電和磁之間的聯(lián)系。 19世紀前期,奧斯特發(fā)現電流可以使小磁針偏轉。而后安培發(fā)現作用力的方向和電流的方向,以及磁針到通過(guò)電流的導線(xiàn)的垂直線(xiàn)方向相互垂直。不久之后,法拉第又發(fā)現,當磁棒插入導線(xiàn)圈時(shí),導線(xiàn)圈中就產(chǎn)生電流。這些實(shí)驗表明,在電和磁之間存在著(zhù)密切的聯(lián)系。在電和磁之間的聯(lián)系被發(fā)現以后,人們認識到電磁力的性質(zhì)在一些方面同萬(wàn)有引力相似,另一些方面卻又有差別。為此法拉第引進(jìn)了力線(xiàn)的概念,認為電流產(chǎn)生圍繞著(zhù)導線(xiàn)的磁力線(xiàn),電荷向各個(gè)方向產(chǎn)生電力線(xiàn),并在此基礎上產(chǎn)生了電磁場(chǎng)的概念。 現在人們認識到,電磁場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種特殊形式。電荷在其周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)又以力作用于其他電荷。磁體和電流在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng),而這個(gè)磁場(chǎng)又以力作用于其他磁體和內部有電流的物體。電磁場(chǎng)也具有能量和動(dòng)量,是傳遞電磁力的媒介,它彌漫于整個(gè)空間。
19世紀下半葉,麥克斯韋總結了宏觀(guān)電磁現象的規律,并引進(jìn)位移電流的概念。這個(gè)概念的核心思想是:變化著(zhù)的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng);變化著(zhù)的磁場(chǎng)也能產(chǎn)生電場(chǎng)。在此基礎上他提出了一組偏微分方程來(lái)表達電磁現象的基本規律。這套方程稱(chēng)為麥克斯韋方程組,是經(jīng)典電磁學(xué)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(lái)為赫茲的實(shí)驗所證實(shí)。于是人們認識到麥克斯韋的電磁理論正確地反映了宏觀(guān)電磁現象的規律,肯定了光也是一種電磁波。由于電磁場(chǎng)能夠以力作用于帶電粒子,一個(gè)運動(dòng)中的帶電粒子既受到電場(chǎng)的力,也受到磁場(chǎng)的力,洛倫茲把運動(dòng)電荷所受到的電磁場(chǎng)的作用力歸結為一個(gè)公式,人們就稱(chēng)這個(gè)力為洛倫茨力。描述電磁場(chǎng)基本規律的麥克斯韋方程組和洛倫茨力就構成了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的基礎。 電磁場(chǎng)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(huì )破壞生物細胞分子,但會(huì )產(chǎn)生溫度,如微波、光。
非游離輻射(無(wú)熱效應):能量最弱,不會(huì )破壞生物細胞分子,也不會(huì )產(chǎn)生溫度,如無(wú)線(xiàn)電波、電力電磁場(chǎng)。
電磁場(chǎng)會(huì )衰減嗎?可以設法隔絕嗎?
電磁場(chǎng)的強度會(huì )隨著(zhù)與發(fā)生源的距離加大而急速的降低。電場(chǎng)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(méi)有電場(chǎng)。磁場(chǎng)卻很難隔絕,但如方向相反、大小相同的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以互相抵銷(xiāo)。因此,三相輸電的電力線(xiàn)較單相電力線(xiàn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì )小得多。本公司輸電線(xiàn)路均為三相線(xiàn)路,其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)經(jīng)相互抵銷(xiāo)后,均已甚低。 家電產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁場(chǎng)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(chǎng)強度很小。至于磁場(chǎng)大小又與耗電量、廠(chǎng)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(chǎng)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(fēng)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(xiàn)下的電磁場(chǎng)大小情況
電場(chǎng)大小與電壓及距離有關(guān),磁場(chǎng)大小與電流及距離有關(guān),由于電流大小隨負載而變,并不是一個(gè)定值,因此磁場(chǎng)值也是在一個(gè)范圍內變動(dòng)。
目前國外先進(jìn)國家對磁場(chǎng)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(chǎng)所定之限制標準,其中國際非游離輻射保護協(xié)會(huì )(IRPA)所定之標準最為嚴格。
先進(jìn)國家對于50/60赫磁場(chǎng)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(huì )
(IRPA)
全天
5,000
1,000
數小時(shí)
50,000
10,000
日 本
連續暴露
50,000
2,000
短時(shí)間暴露
100,000
10,000
蘇 聯(lián)
8小時(shí)
18,000
-
1小時(shí)
75,000
-
英國國家輻射保護局
(NRPB)
20,000
20,000
美國政府工衛學(xué)者聯(lián)會(huì )
(ACGIH)
10,000
-
德 國
50,000
50,000
澳 洲
同IRPA
同IRPA
電磁場(chǎng)有害人體嗎?
近年來(lái),科學(xué)家一般認為極低頻的電磁場(chǎng)(就是一般電力線(xiàn)及電力設備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)),就能量觀(guān)點(diǎn)而言,既不能打斷分子鍵或化學(xué)鍵,也不會(huì )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(xué)的研究懷疑少部份癌癥與電磁場(chǎng)有「統計學(xué)上的相關(guān)性」(注),但是一些細心且負責的科學(xué)家在研究后,指出這些研究在設計及解釋上還有很多問(wèn)題存在。
國外自1979年開(kāi)始此方面研究以來(lái),發(fā)表之論文、報告超過(guò)1000篇,由于病例百分比低,且致癌因素種類(lèi)多,難以排除其它因素,所得結果,有些顯示有少許關(guān)連性,有些又否定了會(huì )有關(guān)連性。
1989年10月美國勞工部(DOL)要求輻射研究及政策協(xié)調委員會(huì )(CIRRPC)協(xié)助評估過(guò)去有關(guān)暴露在電磁場(chǎng)影響之報告,CIRRPC委托橡樹(shù)嶺附屬大學(xué)(ORAU)組成一個(gè)包括全美杰出科學(xué)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(méi)有可確信的證據支持暴露在家電器具、電力線(xiàn)及顯示屏之極低頻磁場(chǎng)會(huì )產(chǎn)生健康危害。
各權威組織對電磁場(chǎng)與健康關(guān)系如何評斷?
☆國際非游離輻射保護協(xié)會(huì )(IRPA):雖有一些流行病學(xué)研究認為暴露在50/60赫電磁場(chǎng)與癌癥有關(guān)連,但無(wú)法證實(shí),也有一些認為沒(méi)有關(guān)連。
☆世界健康組織(WHO):
暴露在極低頻電磁場(chǎng)不會(huì )產(chǎn)生生理影響。
☆美國國會(huì )技術(shù)評核室(OTA):
所有的研究迄今仍是有爭議的,許多實(shí)驗發(fā)現暴露在電磁場(chǎng)與否對生物并無(wú)差異,我們無(wú)法證實(shí)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(wù)一年以上之36221名員工做職業(yè)流行病學(xué)調查,于1993年3月15日發(fā)表調查結果,結論為:?jiǎn)T工工均暴露在磁場(chǎng)之量較一般民眾高,惟罹患白血病或腦瘤之可能性并無(wú)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(chǎng)信息小冊,說(shuō)明磁場(chǎng)對人體是否有影響尚無(wú)法證實(shí),因而沒(méi)有足以訂定限制值之參考基準,故短期內不會(huì )訂定任何磁場(chǎng)強度之限制值。
相對于電磁場(chǎng)對人體可能造成影響的說(shuō)詞,目前坊間正流行一些以強度高達550000毫高斯之60赫磁場(chǎng)治療器來(lái)治療各種慢性疾病,且聲稱(chēng)獲醫學(xué)臨床證明,至于其長(cháng)期的影響如何,尚無(wú)人做此方面研究。