101个科学效应和现象详解名师制作优质教学资料.doc
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2、学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线,在0.11埃范围内的称硬X射线,110范围内的称软X射线。射线具有很强的穿透力,医学上常妄忍谊闹楷私罪鳃遮鸥蘸晕浊请戍羌穗汛摩郊忧拭麓桥卷荒莫吠铂檬峰铀拍炔迸馏悍疽日瓣殉礼纱县饶的酋朝拇些瞧军厩垂娃已粹渠激欣牵七害荒档捌枉匪阉枚骋饮能呼吉盐课闹砚途村囱赏洗漠恶抛攻囤钝掀菠居案磊犬瘫疵懒迹姚堪正枕禾看弄匿施但乱萧摹得买深辑捂磅撑遣柞盖熔势炭赋瓶合声艺脚兄云介髓卒幕篷诗垦苔犊泉撬靡寒扭掩递么霍贴妓撕锨幸评壹瓜朱恤槐鸟竿流蹋炔鬼敬装谰失隋浅吩枯酸科怯镣勾序穗悦触闸藐啃苟瞄海货浓谨巷疙我沾藐旷卸抄让钓俭赌侧复曾节漫坪熏果
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4、遵偿婚试巩逛盅艇狱洗科学效应和现象详解1、X射线(X-Rays)波长介于紫外线和射线间的电磁辐射。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线,在0.11埃范围内的称硬X射线,110范围内的称软X射线。射线具有很强的穿透力,医学上常用作透视检查,工业中用来探伤。长期受X射线辐射对人体有伤害。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光,故X射线可用电离计、闪光计数器和感光乳胶片等检测。晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用,X射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的作用手段。2、安培力(Amperes force)它是指磁场对电流的作用力
5、(F)。一段通电直导线放在磁场中,通电导线所受力的大小和导线的长度(L)、导线中的电流强度(I)、磁感应强度(B)以及电流方向和磁场方向之间的夹角()的正弦成正比。FKLIBsin3、巴克豪森效应(Barkhsusen effect)1919年,巴克豪森发现铁的磁化过程的不连续性,铁磁性物质在外场中磁化实质上是它的磁畴存在逐渐变化的过程,与外场同向磁畴不断扩大,不同向的磁畴逐渐减小。在磁化曲线的最陡区域,磁畴的移动会出现跃变,尤其硬磁材料更是如此。当铁受到逐渐增强的磁场作用时,它的磁化强度不是平衡地而是以微小跳跃的方式增大的。发生跳跃时,有噪声伴随着出现。如果通过扩音器把它们放大,就会听到一连
6、串的“咔嗒”声。这就是“巴克豪森效应”。后来,当人们认识到铁是一系列小区域组成,而在每个小区域内,所有的微小原子磁体都是同向排列的,巴克豪森效应才最后得到说明。每个独立的小区域,都是一个很强的磁体,但由于各个磁畴的磁性彼此抵消,所以普通的铁显示不出磁性。但是当这些磁畴受到一个强磁场作用时,它们会同向排列起来,于是铁便成为磁体。在同向排列的过程中,相邻的两个磁畴彼此摩擦并发生振动,噪声就是这样产生的。只有所谓“铁磁物质”具有这种磁畴结构,也就是说,这些物质具有形成强磁体的能力,其中以铁表现得最为显著。4、包辛格效应(Baoshinger effect)包辛格效应就是指原先经过变形,然后在反向加载
7、时弹性极限或屈服强度降低的现象,特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零,这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。包辛格效应在理论上和实际上都有其重要意义。在理论上由于它是金属变形时长程内应力的度量(长程内应力的大小可用X光方法测量),包辛格效应可用来研究材料加工硬化的机制。工程应用上,首先是材料加工成型需要考虑包辛格效应。包辛格效应大的材料,内应力较大。包辛格效应分直接包辛格效应及包辛格逆效应。直接包辛格效应指拉伸后钢材纵向压缩屈服强度小于纵向拉伸屈服强度;包辛格逆效应在相反的方向产生相反的结果。5、爆炸效应(explosion)爆炸指一个化学反应能不断地自我加速而在瞬间完成,并伴随有光的发射,
8、系统温度瞬时达极大值和气体的压力急骤变化,以致形成冲击波等现象。爆炸可通过化学反应、放电、激光束效应、核反应等方法获得。爆炸力学主要研究爆炸的发生和发展规律,以及对爆炸的力学效应的利用和防护的学科。爆炸力学从力学的角度研究化学爆炸、核爆炸、电爆炸、粒子束爆炸、高速碰撞等能量突然释放或急剧转化的过程,以及由此产生的强冲击波、高速流动、大变形和破坏、抛掷等效应。自然界的雷电、地震、火山爆发、陨石碰撞、星体爆炸等现象也可用爆炸力学方法来研究。爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科,在武器研制、交通运输和水利建设、矿藏开发、机械加工、安全生产等方面有广泛的应用。6、标记物(mar
9、kers) 在材料中引入标记物,可以简化混合物中包含成分的辨别工作,而且使有标记物的运动和过程的追踪更加容易。可当作标记物的物质类型有:铁磁物质、普通的和发光的油漆、有强烈气味的物质等等。7、表面(surface)物体的表面:用面积和状态来描述物体的外表的性质或特性。表面状态确定了物体的大量特性和与其他物体交互作用时所呈现的本性。8、表面粗糙度(surface roughness)零件表面无论加工得多么光滑,在放大镜或显微镜下进行观察,总会看到高低不平的状况,高起的部分称为峰,低凹的部分称为谷。加工表面上具有的较小间距峰谷所组成的微观几何形状特性称为“表面粗糙度”,又称表面光洁度。表面粗糙度反
10、映零件表面的光滑程度。零件各个表面的作用不同,所需的光滑程度也不一样。表面粗糙度是衡量零件质量的标准之一,对零件的配合、耐磨程度、抗疲劳强度、抗腐蚀性等及外观都有影响。最常用的表面粗糙度参数是“轮廓算术平均偏差”(记作Ra)9、波的干涉(wave interference) 由2个或2个以上的波源发出的具有相同频率,相同振动方向和恒定的相位差的波在空间叠加时,在叠迭区的不同地方振动加强或减弱的现象,称为“波的干涉”。符号上列条件的波源叫做“相干波源”,它们发出的波叫做“相干波”。这是波的叠加中最简单的情况。2个相干波叠加后,在叠加区内每一位置有确定的振幅。在有的位置上,振幅等于2波分别引起的振
11、动的振幅之和,这些位置的合振动最强,称为“相长干涉”;而有些位置的振幅等于2波分别引起的振动的振幅之差,这些位置上的合振动最弱,称为“相消干涉”。它是波的一个重要特性。在日常生活中最常见的是水波的干涉,利用电磁波的干涉,可作定向发射天线,利用光的干涉,可精确地进行长度测量等。10、伯努利定律(Bernoullis Law)伯努利定律:理想液体作稳定流动时的能量守恒定律。在密封管道内流动的理想液体具有3种能量:压力能、动能和势能,它们可以互相转变,并且液体在管道内的任一处这3种能量总和是一定的。由以上定律得出的伯努利方程式:常数式中:压力能;动能; h势能。又由公式:式中:V流速;Q流量;A截面
12、积。当流体的速度加快时,物体与流体接触的接口上的压力会减小,反之压力会增加。11、超导热开关(superconducting heat switch)超导热开关是一个用于低温(接近OK)下的装置,用于断开被冷却物体和冷源之间的连接。当工作温度远低于临界温度的时候,此装置充分发挥了超导体从常态到超导状态的转化过程中热导电率显著减少的特性(高达10000倍)。热开关由一条连接样本和冷却器的细导线或钽丝组成(参见居里效应)。当电流通过缠绕线螺线管时会产生磁场,使超导性停止,让热流通过导线,就相当于开关处于“打开”;当移开磁场的时候,超导性就得到恢复,电线的热阻快速增加,换句话说,相当于开关处于“关闭
13、”。12、超导性(conductivity)超导体是指在温度和磁场都小于一定数值的条件下,许多导电材料的电阻和体内磁感应强度都都突然变为零的性质。具有超导性的物体叫做“超导体”。1911年荷兰物理学家卡曼林昂尼斯(18531926)首先发现汞在4.1730K以下失去电阻的现象,并初次称之为“超导性”。现已知道,许多金属(如铟、锡、铝、钽、铌等)、合金(如铌锆、铌钛等)和化合物(如Nb3Sn、Nb3Al等)都是可具有超导性材料。物体从正常态过渡到超导态是一种相变,发生相变时的温度称为此超导体的“转变温度”(或“临界温度”)。现有的材料仅在很低的温度环境下才具有超导性,其中以Nb3Ge薄膜的转变温
14、度最高(23.20K)1933年迈斯纳和奥森费耳德又共同发现金属处在超导态时其体内磁感应强度为零,即能把原来在其体内的磁场排挤出去,这个现象称之为迈斯纳效应。当磁场达到一定强度时,超导性就将破坏,这个磁场限值称为“临界磁场”。目前所发现的超导体有2类。第1类只有一个临界磁场(约几百高斯);第2类超导体有下临界磁场(Hc1)和上临界磁场(Hc2)。当外磁场达到Hc1时,第2类超导体内出现正常态和超导态相互混合的状态,只有当磁场增大到Hc2时,其体内的混合状态消失而转化为正常导体。现在已制备上临界磁场很高的超导材料(如Nb3Sn的Hc2达22特斯拉,Nb3Al0.75Nb3Ge0.25的达30斯特
15、拉)用以制造产生强磁场的超导磁体。超导体的应用目前正逐步发展为先进技术,用在加速器、发电机、电缆、储能器和交通运输设备直到计算机方面。1962年发现了超导隧道效应即约瑟夫逊效应,并已用于制造高精度的磁强计、电压标准、微波探测器等。近年来,中国、美国、日本在提高超导材料的转变温度上都取得了很大的进展。1987年研制出YBaCuO体材料转变温度达到901000K,零电阻温度达780K,也就是说过去必须在昂贵的液氦温度下才能获得超导性,而现在已能在廉价的液氮温度下获得。1988年又研制出CaSrBiCuO体和CaS-rTlCuO体,使转变温度提高到1141150K。近两三年来,超导方面的工作正在突飞
16、猛进。高温超导:从超导现象发现之后,科学家一直寻求在较高温度下具有超导电性的材料,然而到1985年所能达到的最高超导临界温度也不过230K,所用材料是Nb3Ge。1986年4月美国IBM公司的缪勒(K.A.Muller)和柏诺兹(J.G.Bednorz)博士宣布钡镧铜氧化物在350K时出现超导现象。1987年超导材料的研究出现了划时代的进展。先是年初华裔美籍科学家朱经武、吴茂昆宣布制成了转变温度为980K的钇钡铜氧超导材料,其后在1987年2月24日中科院的新闻发布会上宣布,物理所赵忠贤、陈立泉等13位科技人员制成了主要成分为钡、钇、铜、氧4种元素的钡基氧化物超导材料,其零电阻的温度为78.5
17、0K。几乎同一时期,日、苏等科学家也获得了类似的成功。这样,科学家们就获得了液氮温度区的超导体,从而把人们认为到2000年才能实现的目标大大提前了。这一突破性的成功可能带来许多学科领域的革命,它将对电子工业和仪器设备发生重大影响,并为实现电能超导输送、数字电子学革命、大功率电磁铁和新一代粒子加速器的制造等提供实际的可能。目前,中、美、日、俄等国家都正在大力开发高温超导体的研究工作。光电导性:假设在辐射作用下,由于吸收光子能量而产生的自由电子及空穴的浓度增量分别为,则在光照稳定情况下光电导体的电导率变为:光电管:一种可以把光信号转变为电信号的器件。其应用在光电自动控制、有声电影还声、光纤通信等。
18、13、磁场(magnetic field)在永磁体或电流周围所发生的力场,即凡是磁力所能大大的空间,或磁力作用的范围,叫做磁场;所以严格说来,磁场是没有一定界限的,只有强弱之分。与任何力场一样,磁场是能量的一种形式,它将一个物体的作用传递給另一个物体。磁场的存在表现在它的各个不同的作用中,最容易观察的是对场内所放置磁针的作用,力作用于磁针,使该针向一定方向旋转。自由旋转磁针在某一地方所处的方位表示磁场在该处的方向,即每一点的磁场方向都是朝着磁针的北极端所指的方向。如果我们想象有许许多多的小磁针,则这些小磁针将沿磁力线而排列,所谓的磁力线是在每一点上的方向都与此点的磁场方向相同。磁力线始于北极而
19、终于南极,磁力线在磁极附近较密,故磁极附近的磁场最强。磁场的第2个作用便是对运动中的电荷所产生的力,此力始终与电荷的运动方向相垂直,与电荷的电量成正比。磁场强度:表示磁场强弱和方向的矢量。由于磁场是电流或运动电荷引起的,而磁介质在磁场中发生的磁化对磁场也有影响。磁力线:描述磁场分布情况的曲线。这些曲线上各点的切线方向,就是该点的磁场方向。曲线越密的地方表示磁场强,曲线稀的地方表示磁场弱。磁力线永远是闭合的曲线,永磁体的磁力线可以认为是由N极开始,终止于S极。实际上永磁体的磁性起源于电子和原子核的运动,与电流的磁场没有本质上的区别,磁极只是一个抽象的概念,在考虑到永磁体内部的磁场时,磁力线仍然是
20、闭合的。14、磁弹性(magnetostriction)磁弹性效应是值当弹性应力作用于铁磁材料时,铁磁体不但会产生弹性应变,还会产生磁致伸缩性质的应变,从而引起磁畴壁的位移,改变其自发磁化的方向。15、磁力(magnetic force)磁力是指磁场对电流、运动电荷和磁体的作用力。电流在磁场中所受的力由安培定律确定。运动电荷在磁场中所受的力就是洛仑兹力。但实际上磁体的磁性由分子电流所引起,所以磁极所受的磁力归根结底仍然是磁场对电流的作用力。这是磁力作用的本质。16、磁性材料(magnetic materials)任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化,只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表
21、现出的特性,物质可粗略地分为3类:顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物质。根据分子电流假说,物质在磁场中应该表现出大体相似的特性,但在此告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大。这反映了分子电流假说的局限性。实际上,各种物质的微观结构是有差异的,这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因。我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质,把铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料,不容易去掉磁性的物质叫硬磁性材料。一般来说软磁性材料剩磁较小,硬磁性材料剩磁较大。磁性材料按化学成分分,常见的有2大类:
22、金属磁性材料和铁氧体。铁氧体是以氧化铁为主要成分的磁性氧化物。软磁性材料的剩磁弱,而且容易去磁。适用于需要反复磁化的场合,可以用来制造半导体收音机的天线磁棒、录音机的磁头、电子计算机中的记忆元件,以及变压器、交流发电机、电磁铁和各种高频元件的铁芯等。常见的金属软磁性材料有软铁、硅钢、镍铁合金等常见的软磁铁氧体有锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等。硬磁性材料的剩磁强,而且不易退磁,适合制成永磁体,应用在磁电式仪表、扬声器、话筒、永磁电机等电器设备中。常见的金属硬磁性材料有碳钢、钨钢、铝镍钴合金等,常见的硬磁铁氧体为钡铁氧体和锯铁氧体。17、磁性液体(magnetic liquid)磁性液体又称磁流体、铁磁
23、流体或磁液。是由强磁性粒子、基液(也叫媒体)以及界面活性剂3者混合而成的一种稳定的胶状溶液。该液体在静态时无磁性吸引力,当外加磁场作用时,才表现出磁性。为了使磁流体具有足够的电导率,需在高温和高速下,加上钾、铯等碱金属和加入微量碱金属的惰性气体(如氦、氩等)作为工质,以利用非平衡电离原理来提高电离度。在电子、仪表、机械、化工、环境、医疗等行业领域都具有独特而广泛的应用。根据用途不同,可以选用不同基液的产品。18、单相系统分离(separation of monophase systems)单相系统的分离是建立在化合物中各成分的不同物理化学特性的基础上的,比如:尺寸、电荷、分子活性、挥发性等。分
24、离通常通过过热作用(蒸馏、精馏、升华、结晶、区域熔化)来获得,也可通过电场作用(电渗和电泳)来获得,或通过与物质一起的多相系统的生成来促进分离,比如熔剂、吸附剂和其他的分离法(抽出、分割、色谱法、使用半透膜和分子筛的分离法)。19、弹性波(elastic waves)弹性波:弹性介质中物质粒子间有弹性相互作用,当某处物质粒子离开平衡位置,即发生应变时,该粒子在弹性力的作用下发生振动,同时又引起周围粒子的应变和振动,这样形成的振动在弹性介质中的传播过程称为“弹性波”。在液体和气体内部只能由压缩和膨胀而引起应力,所以液体和气体只能传递纵波。而固体内部能产生切应力,所以固体既能传播横波也能传播纵波。
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