4.13 &光能学
星光在炁海里流动，我们生活在光的海洋世界里。因为有了光，我们才能够看见多彩缤纷的事物。光源产生的光线战胜了夜魔，驱走了黑暗，带来了光明，照亮了环境，让我们能够看见东西，辨别方向。万物生长靠太阳，靠的就是太阳光。没有光就没有生物，光对生物的生存十分重要。阳光是我们最熟悉的光，然后是月光、星光、火光、电光、生物光等等。光是看不见摸不着的东西，只有照射在物体上才能够被我们看见和发现。如果是全部透光或者全部吸光或者不是正对光源，我们依然不能够看见光。
光学是既老迈又年轻的学科。对光的研究形成了许多的光知识（光理论、光技术、光产品和光产业），例如：光场、辐射光场、光学技术、光学探测、光信息技术（光纤放大器、光纤通信、光计算机、光信息处理、光显示、光存贮、激光打印、激光印刷、光电混频、光纤器件、光电子器件）、激光光谱、非线性光谱技术、光学晶体（激光晶体）、光波技术、非线性光子学、强光光学、光武器、光学跟踪测量、光频调控压缩放大、光物理学、光化学、光生物学、光医学、灯技术、镜技术（光学器件和光学仪器）、光传感器、光电管、光导管、光敏电阻、激光技术等等。光学探测技术包括可见光照相、红外光照相、紫外光照相、多光谱探测（多光谱照相、扫描、电视摄像）等。夜视方面有红外夜视仪、微光夜视仪、微光电视、热成像仪、夜光技术（夜光手套、夜光公路、夜光鞋、夜光报纸、夜光布、夜光雨伞）。光电子信息技术和微电子技术一样，已经成为信息技术的核心。激光技术正在蓬勃发展。
第一台激光器由梅曼在1960年7月制造成功：用红宝石作为发光物质，以脉冲氙灯为光源，产生的是红激光，波长为6943埃。其后各种激光器不断诞生，有固体激光、气体激光、半导体激光、准分子激光、染料激光、自由电子激光等。激光技术是1960年段的重大科技成就之一，是光学、光谱学和电子学结合的产物。激光具有高亮度（能量大）、高单色性、高方向性（发散角很小）的特点。一束激光照射远在40万公里的月球上能够集中在2700米的范围内。1mm的激光光束在100公里远处直径只有30cm以内。激光技术得到广泛应用，例如激光测距器、测速仪、导航仪、焊接机、遥测仪、激光精细检测、激光拉曼散射、光谱技术等。激光除雾是利用大功率红外激光器照射天空中的雾，使之消散，是机场的重要用途。雾就是水滴或者冰粒，经过激光加热使之汽化，使空气呈现透明。激光武器所产生的光具有“死光”之称，有很强的破坏力，是摧毁敌方目标的有力武器。激光医学是激光在医学上的应用，是利用激光进行看病和治病的学科，已经成为激光应用中最重要的领域，可以用做激光刀、激光清除病灶、激光疗法、激光诊断、激光成像、激光细胞加工。
激光通信技术。空间信息高速公路使炁海充满了各种信息。短波可以传播声音，微波可以传播声音和图象，普通光不适应于作为传播信息（由于分散、损耗大、传播距离短）。激光是最理想的通信方式，我们已经从电通信跨入光通信时代。激光具有特殊的性质：激光之间不相互干扰，不受电磁场干扰，脉冲短，保密性好，容量大，速度快，准确性好，十分适合卫星通信。
激光窃听术是利用激光反映声波引起的玻璃、纸张的振动进行的，声音引起的振动使激光反射出现变化，通过接收器接收和解调就能够知道讲话的内容。
激光制冷。通常激光是热的，热到能够把物体射穿。但是激光能够使有些物体发生变冷的现象。当光照射在荧光物质上，如果发射的荧光的能量比光的能量大（频率高），就说明荧光从物体上吸收了热，使温度降低，达到制冷目的。利用激光是因为激光的频率稳定，能够激发一些物体发生荧光。现在的激光制冷效率还比较低，但是在低温领域将有特殊的制冷应用，是其他的制冷方法无法替代的。
水下激光电视技术。水环境同炁海环境有很大的不同。水对光的衰减很厉害，可视距离很短，眼睛一般只能够看几米远，水下摄影可以达到50米远。实验表明，蓝绿光在水中的传输性最好，是水的光学窗口。生产蓝绿光是用水下激光器进行的。
电子激光分为毫米波自由电子激光（利用电子束生产的激光）、红外波段自由电子激光和紫外波段自由电子激光。自由电子激光在1977年才问世，是一门很年轻的学科。自由电子激光具有一系列的优点，是其他激光无法比拟的，例如使光的能量更高，而光粒子更小，引起人们的广泛重视。自由电子激光的发展历程可以分为起步阶段（年代中期），技术发展阶段（80~90年代），目前发展的基本方向主要在科学、医疗、军事上的应用，离实际应用还有很大的距离。产生自由电子激光的仪器有放大器型和振荡器型两大类。毫米波自由电子激光都是以放大器形式工作的，采用几MeV的电子束产生，具有高增益的特点，可以单次通过摇摆器，获得高功率的激光。由于毫米波自由电子激光对电子束的条件要求比较低，实验简单，是早期（1985年以前）进行理论研究的主要手段。毫米波自由电子激光可以达到GW量级的激光功率和34%的电子束能量转换效率，可以作为微波加热源；红外波段自由电子激光能量在几十MeV，通过用射频直线加速器提供电子束。这些电子束是由很多微电子脉冲组成的，需要用震荡器来提高其能量，就是借助光腔技术（通过激光和电子的多次作用的方法）使这些电子变成激光；紫外波段自由电子激光和x射线波段自由电子激光需要的电子能量要求在几百MeV以上，相关的技术难度比较大。贮存环是提高电子能量的首选，技术比较成熟，但是缺点是体积庞大，造价昂贵，电子束能量损失大，输出功率受到限制。利用射频光阴极电子枪配合RF直线加速器产生软x射线自由电子激光，利用磁场、微波、气体、等离子体、多级激励制成的摇摆场（泵浦场）也可以减少激光的波长，提高功率。
非线性光子学也叫做非线性光学，是研究光和光学媒质相互作用呈现非线性关系的学问。非线性光子学的重要应用是光谱技术。光谱技术是非线性光学的一个重要应用，是揭示物质精细结构及探测物质组成实时演化的重要工具，在化学、燃烧学、生物学和物探学等许多科学技术领域也有重要应用。非线性光学的另外一个重要应用是光学技术和信息光波技术（光纤通信、光信息处理和显示、存贮、光计算等），广泛应用于光的控制、光波转换、改善光波传输等许多领域，是信息工程的有力武器。非线性光学的理论和实践开始于1961年，是世界众多科学家集体智慧的结晶。在理论方面，比较杰出的是美国科学家N.柏朗姆波根，他在年进行了理论上的创建性的工作，因此荣获1981年诺贝尔物理学奖。非线性光学的基本内容有光学倍频、和差频、四波混频、光学参量效应、非线性光散射、光学相位共轭、双光子吸收、非线性激光光谱等等。在应用上，所依靠的主要媒质是光学晶体，其他是金属蒸汽、分子气体、液体、有机物、光电子器件、光纤器件等。光学晶体在1980年代中期得到了迅速发展。中国科学家在生产非线性光学晶体方面取得了可喜的成绩，有卓越的贡献，有很多晶体是世界首创的。非线性光学的实用技术受到相应的光学晶体的限制。1980年代中期，出现了一些非常优秀的光学晶体，这些新材料有更高的非线性电极化率（表示非线性关系的物理量）或者良好的性质。半导体光电子器件是继微电子集成组件后的电子技术的重大发展。
一、光物质
4.12 &热能学
热能学简称为热学，是关于热能（热炁流，简称为热）的学问。热学所研究的内容包括热炁流的现象、本质、组成、结构、性能、状态、传播、规律、生产、应用、转化等问题。
西学里关于热学的学科有：热学、热加工、热处理、制冷、热工、热物理（低温物理、高温物理）、热化学、热动力、供热取暖、太阳能利用、地热利用等。
西学认识了热的现象、规律、生产和应用等知识，但是对热的本质和作用缺乏认识。热炁流的作用规律将在炁流学里介绍。热炁流在易学里叫做火气，简称火。火生土，土就是土气，就是光炁流。热炁流用温度表示，温度越高则发光越强。火克金，金就是金气，就是射线炁流、量子流，火能够压制金气（使其速度减弱、能量降低）和消灭金气（例如融化量子），就是转化金气。
一、热能的本质
热是什么？西学没有弄明白这个问题。西学说：热是分子运动的结果，就是分子的热运动，即紊乱运动、不规则运动。然而热辐射没有分子的参与，一样可以传播。对此西学又说：热辐射是以电磁波形式传播内能的方式。那么，热和热辐射是不同的东西吗？很显然，西学对热的本质缺乏认识。
热的概念起源于人们对冷热的感觉认识。西学认识热是从热现象开始的，就是温度、热量和分子的热运动等。分子理论认为：因为热的东西温度高，温度高则表示分子的运动速度快，即热运动加快，所生产的热量也多。热和物体的温度、分子的热运动、热量有直接关系。热是分子运动形成的物理现象，分子的混乱运动形成了热，叫做分子的热运动，即大量分子的混乱运动。分子的热运动具体表现为物体的扩散运动和布朗运动。分子热运动是永不停止和无规则的。
分子的无规则运动有使分子向四处扩散的趋势，而分子间的吸引力则倾向于使分子喜欢靠拢，使它们聚集在尽可能小的体积里。这两种相反的倾向同时起着作用，决定了物质的各种性质，主要表现在处于不同的聚集状态——物态。由于物态的不同，即分子间力的不同，因此分子运动有不同的特点。气体的分子间距很大，分子间力（分子间的相互作用力）在一般情况下可以忽略不计，分子只与容器作用，分子向四处扩散的倾向占主要地位。气体的扩散现象进行得最快，所以总是能够均匀充满整个空间。实验结果表明，气体分子的运动速度是很大的，一般达到每秒几百米。由于分子之间的碰撞作用，速度和方向不断改变，所以这些运动就没有显现出来；在液体中，分子间的相互作用力已经占有相当重要的地位，分子聚集得相当紧密，所以液体具有一定的体积。液体分子除了作无规则的振动以外，还可以在其他分子间移动，所以液体又具有流动性。液体中的扩散进行得比固体中快，但是比气体中慢；在固体中，分子间的相互作用力占主要地位，这种作用力不仅使固体具有一定的体积，而且使固体具有一定的形状。固体中除了极少数动能比较大的分子能在其他分子间作无规则的移动外，绝大多数的分子只能在平衡位置附近作无规则振动，所以在固体中，扩散进行得十分缓慢。
西学还发现，热和内能是不可分割的，物体变热表示物体的内能增加，变冷表示它的内能减少。对物体加热就是用热传递的方式使它的内能增加。所以，热和内能也有直接的关系。那么在温度、热量、热运动、内能中，什么才是决定热的呢？西学认为是分子的热运动：分子运动就产生热，就表明内能大，就表示能够产生热量。
炁学揭密解惑：热炁流是介于波炁流和光炁流之间的炁流，热能的能量范畴是从微波（3&1Hz）到热光（红外光，&1014Hz）。热物质是炁体。热是一种炁体的紊流现象，是炁体紊流形成的现象。热的本质是热炁流，是紊流的炁体，就如同紊流状态的水。分子运动不是热的本质，只是热炁流引起的现象，就像水流的本质是水的流动，不是水里的漂浮物和悬浮物的流动，这些物质的流动只是水流引起的现象。分子生产的炁流使物体炁子紊乱流动，形成了物体的内能。炁子释放出来就形成了热炁流，热炁流的流动使分子运动，形成了分子的热运动现象。分子的运动同物体炁子之间有相等的关系，而实际上是炁子决定了分子的运动（即分子的动能、温度、热量），并不是分子决定了温度。温度是对热炁流的量度。热炁流的数量用热量表示，热炁流的强度（能级）用温度表示。我们把生产热的物体叫做热炁粒、热源，例如燃料和高温物体。热炁粒生产的炁流叫做热炁流。
二、热能的量度
温度和热量是反映热炁流的两个重要的物理量。
温度是对物体的冷热程度的量度。物体的温度是对分子热运动平均动能的量度，是分子平均动能的标志，反映了分子平均动能的变化。在一定的温度下，物质的平均动能是一定的，同物态无关。分子的热运动同温度有关，温度升高或者降低，标志着分子热运动增强或者减弱，即分子是平均动能增加或者减少，用公式表示为：
炁学提示：温度是对热炁流的紊乱程度（热炁流的强度）的量度，也就是对热炁流的能级高低的量度。静止的炁体没有流动性，也就是没有波动性和紊乱性（紊乱度为零），所以温度为0K。从场炁流开始都有流动性（紊乱性），所以开始有温度，都能够用温度表示。炁流的频率越大，说明紊乱度越大，温度越高。炁体流动越紊乱则温度越高。分子热运动强就是分子的平均动能大，就是热炁流能量高，温度就高。
2、温度计。
我们用温度计测量物体的温度。温度的表示方法有摄氏温度（百分温标）和绝对温度（绝对温标）两种。常用的温度计是利用液体的热胀冷缩性质制成的，有水银温度计和酒精温度计两种。水银温度计测量范围是-39到140℃，酒精温度计的测量范围是-114到80℃。利用水的物态变化温度0度（水的冰点）和100度（水的沸点）为刻度，进行百分分度。这样的温标叫做百分温标、摄氏温标，用t表示，单位是摄氏度、℃。摄氏温标是由瑞典的摄氏斯创立的。这样的温度计叫做摄氏温度计。温度计的刻度有所不同，实验用的温度计到140℃，家庭用的温度计（寒暑表）到50℃，医用温度计（体温计）为34到42℃，是人体温度变化范围。还有最高温度计（属于水银温度计）和最低温度计（属于酒精温度计），是气象台专用的。绝对温度是由英国的威廉&汤姆孙（开耳芬，）创立的，叫做绝对温标、开氏温标，用T表示，单位是开、K，其零度叫做绝对零度，为－273.15℃。
T= 273.15+t
炁学提示：温度为0K时为炁体没有流动，温度越高炁体流动越猛烈。绝对温度是以炁体为基准的温度，相对温度是以液体为基准的温度。
热量是量度物体内能改变的物理量，表示了物体在热传递过程中内能的变化量，是由于温度差别所引起的内能转移的量度。热量总是从高温处流向低温处，直到温度相等。热量单位是卡（卡路里），1卡是使1克纯水升温1℃（准确地是从温度14.5℃升高到15.5℃）所需要的热量。1千卡（大卡）=1000卡（小卡）。
炁学提示：热量是热炁流的数量，也就是炁子转变成热炁流的数量。温度差反映的是热炁子能级的改变，能级变化大就说明生产的热炁流就多，热量就大。热炁流总是从炁子能级高的地方流向能级低的地方。
4、燃料和燃烧值。
燃料是能够燃烧产生大量的热能的物体，有固体燃料（例如煤、炭、柴草、油脂、燃冰、核燃料）、液体燃料（例如汽油、石油、煤油、酒精）和气体燃料（例如煤气、沼气、氢气、乙炔）。热炁流的来源还有来自星球的太阳能和地热等。物体相互作用时会有相变热、反应热、燃烧热、生成热、溶解热、混合热等化学热现象发生，这些都可以作为热炁流的来源。任何燃料中的化学能（热能）都是由太阳能转变而来的。
能源对社会发展起到重大的推动作用。地球的能源有：常规能源（煤、石油、天然气、水力、生物能）和新能源（核能、地热、海洋能、太阳能、沼气、风能）、再生能源和不可再生能源（一次能源和二次能源）、化学能和机械能。核能在1950年段才开始利用。1公斤铀生产的能量相当于2500吨标准煤，1公斤氘氚生产的能量相当于铀的五倍。煤是植物形成的，石油是低等生物形成的。每秒钟到达地面的太阳能相当于60亿吨标准煤，主要消耗在大气（风能）、水循环（水能）和植物（生物能）上。地球上每年的风能相当于3200亿吨标准煤。氢、甲醇、乙醇、核能等新能源的出现，有望解决能源紧缺问题。
燃料燃烧放出的化学能形成了热能，表示放热能力的是燃烧值。1公斤的某种燃料完全燃烧所产生的热量叫做这种燃料的燃烧值，单位是千卡/公斤。普通物体的燃烧值在之间，例如原煤发热量规定为5000千卡/公斤，石油为10000千卡/公斤，天然气为9310千卡/立方米。我们把烟煤叫做标准燃料，把烟煤的燃烧值7000千卡/公斤叫做标准燃烧值，含7000千卡热量的燃料定为1公斤标准煤。
热量的计算公式：
其中q、m分别为燃料的燃烧值和质量。
燃烧技术。火技术包括生火、用火、保存火、灭火等，广泛应用于火药、炸药、饮食、生活、生产、军事、冶炼、发电、火力等方面。人类使用的能源有90%以上是通过燃料燃烧生产的，如何高效、清洁、经济、安全地使用燃料是很重要的。近代燃烧学的发展同航空航天技术有关，同环境污染和能源危机也有关，对燃料和燃烧的要求更加严格了。从粗放燃烧到精细燃烧、科学燃烧的发展，热效率几乎达到了燃烧技术的极限。中国煤的消耗量占能源总量的76%，有80%的煤是直接燃烧的，热利用效率在70%以下，是SO2和粉尘的主要来源，分别占90%和70%，是主要的污染源。其次是石油，石油燃烧会产生大量的有毒有害气体（例如一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物）而污染环境。
5、热效率。
有用的热量同燃料完全燃烧所产生的热量之比，叫做燃烧装置的热效率。
η=（Q1/Q）&100%
6、热容量。
使物体温度升高1℃所需要的热量叫做物体的热容量。
炁学提示：热容量就是容纳热炁流变成炁子内能的能力。
比热是单位质量的物体的热容量，就是使单位质量的物质温度升高1℃所需要的热量，单位是卡/克&度。定义公式：
c=Q / m（t2-t1）
一般物质的比热：水的比热比任何固体和液体大得多，为1.0，其它液体和固体都在0.56以下，冰是0.5。气体的比热要大一些，例如氢气是3.41，氦气是1.26。
比热用量热器（卡计）测量。量热器还可以用来测定火焰的温度。计算公式如下：
c=（c1m1+c2m2）（t-t1）/ m（t2-t）
其中，c1和m1为水的比热和质量，c2和m2为量热器的比热和质量，t1为水和量热器的起始温度，待测物体的质量、比热和温度为m、c和t2，最后的稳定温度是t。
8、热功当量。
这是反映热和功关系的物理量。年，英国的焦耳进行了一系列的科学实验，测定出了热功当量值：
J=W/Q=4.18焦耳/卡=427公斤&米/千卡
1卡=4.18焦耳，1千卡=427公斤&米
炁学提示：热功当量是热炁流转化成功或者其相反过程的等价关系。
三、热能的传播
1、热的传播。
也叫做热的传递。热传递有三种方式：对流、传导和辐射。依靠流体的流动实现热传递的过程叫做对流，由于物体的冷重热轻，形成循环，有广泛的应用；传导是内能从一处转移到另外一处而物体没有流动的过程，实际上是物质的分子利用碰撞传递动能的过程。真空——抽出空气的空间，是最不善于导热的，即热传导能力很差。这是因为热传导是依靠分子的碰撞来实现的，真空里的分子很少，所以热传导几乎不能进行。传导是固体传递内能的唯一方式；辐射是借助电磁波来传递内能的方式，能够在真空里传播。
热传递的应用：热对流用于通风、暖房、冷却系统等，热传导用于安全灯，保温瓶充分利用了三种热传递作用。
炁学揭密解惑：热炁流的本质都是一样的，在不同的物体里有不同的传播现象。在固体内流动时表现为热传导，在流体内表现为热对流，在炁体内表现为热辐射。热炁流在物体内流动，不是靠分子传递的，而是在炁子内通过的。绝热材料（隔热材料）的物体炁子能够阻止热炁流的通过。在炁体内（西学认为是真空里），热炁流直接传播，没有受到任何的阻力作用。热炁流进入物体内，使物体内能提高（物体炁子增加），温度升高。
图4.94 热炁流通过炁子通道传播
2、热辐射定律。
物体辐射有热辐射和非热辐射。非热辐射是热源质点远离热动平衡状态的辐射。许多新型天体（类星体、中子星、星际分子射电源、x射线源、r射线源等）都是这种辐射。热辐射是物体处于热平衡状态下的辐射，可以用温度表示。这样的辐射粒子的运动服从麦克斯韦分布规律。热辐射的典型代表是黑体辐射。一个良好的吸收体同时也是良好的辐射体。黑体就是一个理想的辐射体，也叫做绝对黑体、理想黑体，能够全部吸收所有照射它上面的辐射能。带小孔的空腔体近似于绝对黑体，恒星也近似于黑体。黑体辐射与温度有关，在一定温度下，黑体辐射所有的波长，但是波长的组成是不同的，某个波长的辐射强度最大。温度上升则辐射加强，而且辐射峰值向短波方向移动。
图4.95 黑体辐射曲线
人们总结了三个热辐射定律：
第一辐射定律，也叫做维恩定律：在一定温度下，黑体最大辐射处的波长与辐射源的温度成反比。用公式表示如下：
对于太阳λmax=4750埃，由此求得太阳的表面温度为6100K。
第二辐射定律，也叫做斯特藩——波尔兹曼定律：黑体单位面积的辐射功率与黑体温度的四次方成正比。公式表示如下：
σ为斯特藩——波尔兹曼常数，数值为5.67&10-5尔格/秒&厘米2&度4。求出来的是有效温度，用Te表示。
第三辐射定律，也叫做普朗克定律。黑体辐射强度为：
c1=3.尔格&厘米2/秒，c2=1.4388厘米&度，λ的单位是厘米。由于太阳的辐射曲线与6500K黑体辐射曲线相符合，所以得到太阳温度Tc=6500K。这种温度叫做色温度，用Tc表示。
炁学提示：这些是对热炁粒生产热炁流的能力的量度。
3、热力学定律。
热力学第一定律：热和功传递的能量使系统内能的提高。Q—W=△U。
热力学第二定律：热不能够自动从低温物体传给高温物体；热不能够完全转化为功。
炁学提示：热和功传递的能量使系统内能的提高是热炁流转变成了物体炁子。热炁流不能够完全转化为功，是因为必有热炁流剩余。热炁流总是从高温到低温传播，高温物体的热炁流多、内能高。
四、热能的应用
4.11 &波能学
波能学也叫做波炁流学、波学，是关于波炁流（波能，简称波）的学问。波能是能量范围(能谱)为100～1012Hz的炁流。波可分为两类：声波（声音）和电磁波（无线电波），其中声波能是100～105Hz的炁流，电磁波能是105～1012Hz的炁流。又可以继续进行细分，例如声波分次声波（10-4～10Hz）、低声波（10～20Hz）、声波（20～2万Hz）、超声波（2万~109Hz）等，电磁波（无线电波）分长波（～105Hz）、中波（105～1.5&106Hz）、中短波（1.5&106～6&106Hz）、短波（6&106～3&107Hz）、超短波（3&107～3&1011Hz），超短波又分为米波（3&107～3&108Hz）、分米波（3&108～3&109Hz）、厘米波（3&109～3&1010Hz）、毫米波（3&1Hz）、微波（3&108～3&1010Hz）等。至于热、光和射线等炁流的波动性同波炁流有本质上的不同，有不同的特点，实际上不属于波能的范畴。
波能的主要应用是传播信息，例如说话、无线电、有线电、电波技术、卫星传播、电信号。其次是作为传播能量的手段，例如声波武器和声波工具（微波炉、射频武器、声波功等）。
三维超声波扫描技术是由美国人发明的，能够看见立体的人体内部情况。
声音可以用于制冷。氟利昂等化学制冷容易污染环境，破坏臭氧层，已经停止使用。声制冷机也叫做热声制冷机。用声音制冷早在1876年前就由瑞利提出，直到1990年段才有应用。其原理是利用扬声器产生的声波使气体分子发生震动，气体进行胀缩运动而吸热，实现制冷目的。第一台声音制冷机是由美国研制成功的，能够把物体温度降低100℃。所使用的气体是十几个大气压的氦气。氦气是惰性气体中声速最大，热传导能力最强的，所以选用了氦气。现在已经制造出制冷能力达100瓦，最低温度达—123℃的声制冷机。但是离商业化还有一定的距离。
噪声是工业化的产物，会影响神经、大脑、血液功能，使人致病，严重危害人类的健康。利害相关，有害也有利。噪声可以用来降噪（以噪制噪，以毒攻毒）、测量体温（器官分子振动产生噪声，该处有病则温度变化，产生的噪声也变化）、除尘（2千周160分贝的噪声）、除草（不同植物对不同频率的声音有不同的敏感性，噪声能够让杂草提前发芽而除去，也可以用噪声催芽）、噪声弹（使人昏迷）。
次声波武器。1968年法国马赛附近有一个20口人的家庭在吃饭时突然全部死亡，附近正在田间劳动的一群农民也同时毙命。经调查，原来是附近一家次声波武器研究所的工作人员使次声波泄漏出来引起的。人能够听见20~2万赫兹的声音，次声波为16赫兹以内。人体的固有频率是几~十几赫兹，正好处在次声波的范围，所以能够引起共振，使人出现头昏、恶心、痉挛、呼吸困难、惊恐不安、神经错乱、昏迷、血管破裂而丧命。因为是无声的，所以也叫做无声杀手。次声波作用距离远，穿透力强，能够穿透建筑物、坦克、潜艇。可能成为同激光武器一样的新型大规模杀伤武器。
水声学（声纳学）。1918年法国的保尔郎之万研制成功石英压电晶体声纳。声音在水中传播，碰上障碍物会反射声音，因此可以了解水里的情况。
雷达探测是通过无线电波反射进行定位的方法。有侦察雷达、警戒雷达、侧视雷达、引导雷达、制导雷达、炮描雷达、定位雷达、脉冲压缩雷达等。
遥科学。这是1985年提出的概念，在远距离操作中得到广泛应用，在航空航天、危险、高温、遥远地方的应用。遥科学是人体感官的感觉能力和行为能力的延伸，由遥现场（遥视）和遥操作（遥控）两部分组成。利用无线电技术对声音、图象、指令进行有效传送和实时控制。在地面对航天器（飞行器、空间机器人、空间实验室）进行无人操作，如同亲临现场一样。精确制导技术有线制导、电视制导、微波雷达制导、红外制导、激光制导、毫米波制导、地形匹配制导、合成孔径雷达制导、光纤制导、综合制导（毫米波辐射图像匹配制导、地貌景像匹配制导、导航星全球定位系统辅助制导、惯性-地形匹配-数字景像匹配制导）。制导需要借助无线电波进行操作，也属于遥科学范畴。
一、声波学
1、认识声波。
因为声波是看不见的，所以人们认识声波是从物体振动发出声音等声现象开始的，而认识波的传播是从机械振动现象开始的。发声的物体叫做声源，有固体声源（例如金属声）、液体声源（例如水声）和气体声源（例如喷气声）。声的传播是需要媒质的，通常的传播媒质就是空气。隔音效果说明，声波不能够在一些情况下传播开来。声波是靠空气分子的振动碰撞传播的。
炁学提示：声炁流是自身传播，不是靠空气分子振动传播的，空气分子的振动只是声波现象，不是声波的本质，这个就像水振动带动水里的悬浮物振动一样。空气分子十分稀簿，分子之间是没有任何联系的。空气的气体分子只占气体总体积的万分之四左右，如果把一个气体分子放大成一个直径为1毫米的小球，那么分子的体积只有0.52立方毫米。就是说，在1300立方毫米的空间里，分子只占0.52立方毫米的空间。这样稀松的内部结构，靠它来传播声音，必定会有巨大的损耗和失真。可是事实上，空气传音的效果是十分好的。波传播的媒介是物体炁子和炁体。声波在物体炁子里传播，不能够在炁体里传播，电磁波在物体炁子和炁体里都能够传播。波炁流是物体炁子释放出来形成的现象。其他形式的炁流进入物体形成物体炁子，再释放出去就形成了波炁流，释放过程会有些炁子形成热、光炁流，这些是能量损耗。声波在炁体里能够传播吗？未知，尚待实验，推理应该是能够，同炁体的压力有关吧。声波在真空里不能够传播，因为能量太低。物体能够传播声音，声波实际上是在炁子内传播的，不同的物体有不同的炁子，对波炁流影响很大。炁流能够传播电磁波（例如载波），但是炁流不能够传播声音。炁体能够传电磁波，例如电磁波在太空里的传播。
声波是球面样传播的炁流，即球面流，如同水波一样，同时向四面八方扩散。
图4.89 声波的传播机理
2、声音的传播速度。
声波是纵波，空气分子的振动方向与波的传动方向相同。其它气体、固体和液体也能够传播声波。不同的物体传播声波的效果是不同的，就是说声音在不同的物质里的传播速度是不同的。在温度为0度时，声波速度在橡胶里只有30到50米/秒，在玻璃里可以达到6000米/秒，在空气中是332米/秒，在水里为1450米/秒。不同的温度对声音也是有影响的，对于空气，-30℃时为313m/s，常温时约为340m/s，100℃时为386m/s，温度每升高1度，声速就大约增加0.6米/秒。
炁学提示：声波在不同的物体里传播，受到物体炁子的影响（炁子起到对波炁流的阻碍和阻尼作用），会有不同的传播速度，而物体炁子会受到种类和温度的影响。
3、乐音的特性。
声音可以分击发声、噪声和乐声三类。乐声是好听的声音，有三个特性：音调、响度和音品。
音调就是声音的高低，由振动频率决定，频率高则音调高。正常人能够听见的声音是20赫兹到2万赫兹，乐音使用的是30到4000赫兹。
响度是我们主观感觉到的声音的强弱，物理学上用声强表示。声强大则声音响。声强同声音的振幅有关，振幅大则声强大。声强单位是尔格/厘米2&秒，表示每秒钟通过垂直于声波传播方向的1平方厘米面积上的能量。
E为声源每秒钟发出的能量。可见声强与距离的平方成反比关系。我们通常用话筒（也叫做传声筒）把声能集中向一个方向传播（使E增加），就可以传到比较远的地方（在相同的I时，能够使r更大）。人耳对不同频率的声音的灵敏度是不同的，对于2000赫兹的声音，声强为2&10—9尔格/厘米2&秒就可以听见，但是对于50赫兹的声音，则需要5&10—3尔格/厘米2&秒才能够听见。
音品。由简谐振动的声源发出来的声音叫做纯音，由多种纯音组成的声音叫做复音，其中频率最低的叫做基音，它的振幅最大，并且等于复音的频率。其它的叫做泛音，振幅都比基音小。声音的组成可以用波形图和线谱图表示出来。乐音的基音频率决定音调，泛音的多少、频率和振幅决定音品。
声波由频率、速度、波长和振幅四者决定，其中速度=频率&波长，所以实际上由三项决定。
炁学提示：频率反映了波炁流的密度，波长反映了波炁流的厚度，振幅反映了波炁流的硬度、力度。
4、声波的反射（也叫做回声）。
人能够分辨的回声时间是0.1秒。声源停止发声后还存在的声音叫做交混回响，而声强减少到原来声强的百万分之一时所需要的时间，叫做交混回响时间。这个时间过长就会产生噪声，太短就会显得静悄悄的，一般选择1～2秒之间。
炁学提示：声波炁流碰上物体，受到物体炁子的阻碍就会反射。
图4.90 波炁流的反射
5、声音的共鸣。
共鸣是声音的共振现象。两个音叉必须有相同的固有频率才能够发生共鸣。利用共鸣能够使声音放大，增强声音的响度，这种装置叫做共鸣箱、共鸣器。实验证明，产生共鸣的空气柱的长度，最短应该等于声波波长的1/4。
6、超声波和次声波。
正常人能够听见的声音是20赫兹到2万赫兹。低于20赫兹的声音叫做低声波，高于2万赫兹的声音叫做超声波，10-4～10Hz的为次声波。低声波和超声波是我们人耳不能够听见的声音，但是在动物和自然界普遍存在着。昆虫可以发出2万赫兹以上的声音。
人工可以用超声波发射器（例如伽耳顿笛）制造超声波，能够发射2万到10亿赫兹的超声波。用超声波接收器能够接收超声波。超声波有许多特性，例如能够像光一样直线传播，能够传播很大的能量。这些特性得到了广泛的应用，例如用来测距、定向、导航、搜索水里东西、检验产品质量（裂缝、伤痕、气泡等缺陷）、清除杂质污垢、钻孔加工、除膜、使难溶物体混合、灭菌消毒等。
在自然界里，地震、火山爆发、雷电、台风、电离层干扰等都会产生次声波。人工产生的次声波主要来源于飞机、火车、火箭发射、核爆炸、高速汽车等。次声波会残害人类的器官（人类内脏的共振频率是几赫兹之内），是一种隐形杀手。
7、声波的多普勒效应。
发声体与接收者做相对运动时引起波长变化（音调变化）的现象叫做声波的多普勒效应。靠近时声音变大，离开时声音变小。这种现象是由多普勒在1842年发现的。
炁学提示：声波的多普勒效应是声波炁流被压缩或者拉长形成的现象，是波炁流变浓或者变稀的现象。因为声波对于声源的传播速度是一定的，第一波出去后，由于声源前进，使第二波接近了第一波，波变浓密了，所以声音变大了，反之波就变得稀薄了，声音变小了。同时每一个声波也在变薄或者变厚（变硬或者变软）。
图4.91 声波的多普勒效应
二、电磁波学
1、& 认识电磁波。
无线电技术发明于18世纪初，经过近百年的发展，从当初的无线电通信（由意大利工程师马可尼在1901年发明）、广播、传真、电视、无线电操纵、无线电定位雷达，到如今的远程遥控、互联网、手机、无线电脑等方兴未艾，涉及到工农业生产、军事国防、科学研究、交通运输、日常生活、灾害预报、报警等方面。电磁场的概念经过几十年才被人们所接受。19世纪中叶，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并且发现电磁场理论不需要力学概念，创立了电磁学。麦克斯韦创立的电磁理论否定了牛顿的超距作用。1880年，德国的赫兹（）用人工的方法生产出电磁波，并且接收到了电磁波，证明了电磁波的存在，人们才相信电磁场和电磁波是独立存在的物理实体，而之前人们把电磁场当作数学上的抽象描写。电磁波就是在空间传播的电磁场。1892年，洛仑兹在麦克斯韦电磁理论的基础上提出了新的理论，认为原子中的电子的振动就如同赫兹发现的电磁波的电振子一样，可产生和吸收电磁波。原子的振子比赫兹振子小得多，所以光波比一般的电磁波短得多。1899年，普朗克提出了辐射量子理论，认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，每一份的能量是E=hγ。
在研究电场时，人们发现了电磁感应现象，生产了交流电，认识到交流电是电流强度作周期变化的电流，也叫做振荡电流。后来又发明了振荡电路——一种能够产生高频振荡电流的电路。从电磁感应现象我们知道，在振荡电流的周围空间里总是同时存在周期性变化的电场和磁场，这种现象叫做电磁振荡。电波是波动的电场。电场波动必然导致磁场的波动，因此电波实际上就是电磁波，是电场和磁场同时在波动性传播出去。在振荡电路中，当开关K接上电源时，电源给电容器C充电；当开关接上电感L时，电容器放电，电能转变成磁能；由于自感作用，自感电流给电容器反向充电，极性同原来的相反，这是磁能转变成电能的过程。如此循环充电和放电过程，于是就形成了振荡电流。由LC组成的振荡电路叫做自由振荡。由于电阻的存在会使电能减少，导致振幅减小，叫做减幅振荡、阻尼振荡。及时补充电能就能够使振幅不变，叫做无阻尼振荡、等幅振荡。等幅振荡的周期和频率叫做固有周期和固有频率，同电感和电容有关：
图4.92 振荡电路与振荡波
炁学提示：电磁波是从实践发现、实际应用才到理论证实的。电磁波是交变的电波和磁波，是交变的电场和磁场，是由电炁流转变而成的。电炁流使震荡器炁子分离出磁炁流，交变的电炁流生产出交变的磁炁流。电磁波技术是使电场能变成波能的方法。
2、& 电磁波的发送。
由振荡电路产生的振荡电流形成了电场和磁场。变化的电场会产生变化的磁场，变化的磁场又会产生变化的电场，如此下去，就形成了电磁波，而且电场强度和磁场强度彼此垂直，并且垂直于电磁波的传播方向。就是说，电磁波是一种横波。电磁波的传播速度在炁体里等于光速，在空气里接近光速。电磁波的波长公式：
图4.93 电磁波
炁学提示：从震荡器发生的电磁波炁流在炁体里的传播速度最快，等于光速，在炁子里速度会变慢，在没有炁体的理想真空里应该不能够流动，将被隔绝屏蔽掉。
3、& 电磁波的接收和放大。
电磁波的接收是发射的反过程，是把波炁流变成电炁流（无线电变成有线电）的过程。电磁波的放大是电炁流的放大。
4、电磁波的用途。
电磁波的用途主要是传播信号信息（无线电通讯），也可以作为传送能量的手段（电磁波武器、电磁波工具）。
二、磁场学
（一）、磁物质
&磁物质有磁炁粒和磁炁流两类，磁炁粒是生产磁炁流的炁粒，磁炁流是形成磁现象和磁作用的物质。
1、磁现象。
2千多年前人们就已经发现了磁现象，并加以应用。我国是最早发现和应用磁铁的国家，约在公元前300年，中国古人就发现了磁铁（天然磁铁、吸铁石）和磁现象。19世纪后，人们发现了电和磁的关系以后，对磁的应用得到迅速的发展。20世纪后，由于对原子结构的认识，人们才认识了磁现象的本质。
磁体有天然磁体和人造磁体。人造磁体是用钢或者合金制成的，有条形磁体、蹄形磁体和磁针等。磁体能够吸引铁、钢、镍、钴、铬等物质。这种吸引物质的性质叫做磁性，被磁体吸引的物质叫做铁磁性物质。能够长期保持磁性的磁体叫做永磁体，使物体带磁叫做磁化，使磁体失去磁性叫做去磁、退磁。物质在磁场中被磁化的现象叫做磁感应。实验证明，所有的铁磁物质都能够被磁化。被磁化后大大地加强了原来的磁性，附加磁场比原来的磁场强几十到几千倍以上，不同的物质有不同的附加磁场。保留下来的磁性叫做剩磁。软铁保留磁性的本领最小，经常用来制造电磁铁。钢和有些合金保留磁性的本领很大，被用来制造永磁体。容易退磁的物体叫做软磁性材料，适合用来需要反复磁化的场合。不容易退掉磁性的物体叫做硬磁材料，适合用来制造永磁铁。
炁学提示：磁现象是由于磁炁流引起的。如果把磁炁流屏蔽了就显示不出磁性了。磁性炁粒经过磁处理就能够具有磁性，是将磁炁子分裂成为磁炁流的过程。磁作用是远作用，是间接作用，炁粒之间没有接触，是通过磁炁流进行的。
地球是一个天然磁体。地球磁体有两个极，叫做南极和北极，分别用S和N表示。磁针指向南方的一极叫做南极，指向北方的一极叫做北极。我国古人用磁针制成了指南针，用来指示方向。在指南针的基础上制造成罗盘，是用来寻找风水宝地的。
磁极能够显著地吸引铁磁物质，是磁性最强的地方。把磁体折断，在折断处有两个异号磁极出现，每一段都是完全的磁体，我们永远也得不到一个独立的磁极。有单独的电荷存在，却没有单独的磁极存在，这就是电荷和磁极的根本区别。相对论预言有单磁极存在，但是寻找至今未曾发现。
磁极的作用规律：同性相斥，异性相吸。就是说，同磁极相互排斥，异磁极相互吸引。
炁学提示：磁炁粒就是生产磁炁流的炁粒，磁炁流也叫做磁场。西学实际上已经发现了磁单极，只是没有意识到而已，那就是量子，还有就是太阳。前面已经介绍过，量子既是单电荷，也是单磁极（单磁子）。我们发现太阳的磁力线是流向太阳的，是阴性磁场，就是说太阳是南磁极子。
3、磁极强度。
这是反映磁极作用能力，即磁性强弱的物理量，用m表示。同一个磁体的两个磁极的磁极强度总是一样的。
炁学提示：磁体的两个磁极生产的磁炁流是一样的，只是方向相反，因为磁炁粒吞和吐磁炁流的能力是一样的。磁极强度反映了磁极生产磁炁流的能力。
4、库伦定律。
两个磁极之间的作用力（磁力）跟磁极强度的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，用公式表示如下：
公式中K叫做比例恒量，在厘米克秒制里，K=1。F为正值时表示相斥，为负值时表示相吸。
炁学提示：场炁流的规律都是相似的，引力场、电场和磁场都有相似的定律和公式，其不同在于不同的炁粒生产不同的场炁流。
电荷的周围总是存在电场，电荷相互作用是通过电场进行的。同样，磁体的周围总是存在着磁场，磁极相互作用是通过磁场进行的。磁场也是一种特殊物质，它和电场相似，也有力和能的特性。磁场对磁极有磁场力作用，磁极在磁场中有势能。磁场和电场一样，都是有能量的。电场和磁场有着极为密切的关系。所谓电场和磁场就是一种统一的客观物质——电磁场——的两个方面。电场变化引起磁场变化，磁场变化引起电场变化。
地球是一个巨大的磁体，在地球周围有地球磁场存在。在太阳风的作用下，地磁层被压缩成一个羽毛球的形状。在地表附近，地磁用磁场强度（用水平分量表示）、磁偏角（磁针偏离地极的角度）和磁倾角（磁针偏离地平面的角度）表示，叫做地磁三要素。用能够水平转动的磁针可以测量磁偏角，用能够上下转动的磁针可以测量磁倾角。研究发现，地球磁极发生过倒转现象，就是南北极颠倒了。地球在69、253、332、450万年前发生过四次磁极倒转现象。
图4.69 地球磁场被太阳风吹压
炁学提示：磁物质是炁体，磁是炁流形成的现象。电磁场是电场和磁场两股炁流相互作用形成的特殊状态物，叫做电磁场炁流，也叫做电磁场炁子，简称炁子。原子、分子和物体都有炁子存在，这些炁子都是电磁场物质。电磁场是电场和磁场的混合物。说是混合物不是很正确，因为两者是混在一起没有错，但是两者的方向是完全相反的，是泾渭分明的。电磁场在易学里叫做冲气、太极、中气等。冲气是电磁场的对冲状态，中气是电磁场的电性和磁性都是中性的，太极是电磁场的电磁性。太极就是没有极性、隐含阴阳性质但是阴阳未辩、阴阳属性没有显示出来的物质状态。
电和磁总是共存的。有电必然有磁存在，有磁也必然有电存在，因为电和磁都是起源于量子，量子同时生产电场和磁场。有时两个都存在于一个炁粒里或者外，例如量子的电和磁都在量子外，原子的电和磁都在原子内；有时电在外磁在内，例如离子的电在离子外，磁则隐藏在离子内；有时磁在外电在内，例如带电体的周围有磁存在，例如磁体的磁在外，电则隐藏在磁体内。
图4.70 电与磁的形成机理
地球磁极倒转是磁炁流的进出口变化的过程，有两种可能的力学原因导致磁极倒转。一种是由于地壳对磁炁流的阻碍作用，磁炁流自己转换进出口，这样的倒转速度必然很快。另一种是由于地核的周围都是液态的星幔，星核悬浮在星幔里，是能够自由活动的，因此地核能够发生转动，这样的倒转速度必然很慢，并且在倒转过程中，地球磁极会出现混乱现象。具体是哪种情况还未明，应该根据观测事实证明。我的看法是，第一种情况的可能性最大。地核就像一个巨大的量子，地核生产的炁流就像量子生产的电场和磁场的分布一样，是四面八方均匀分布的。由于地幔和地壳作用，使阴阳炁流的进出口发生两极分化。当出口极的地壳变厚变硬，对出口炁流的阻力达到一定程度，炁流就会改变出口方向，向相反的地极出去，自然地，进口炁流也就随之改变方向。这是因为炁体进来容易出去难。为什么只在两极变化？因为两极对炁流的阻力是最小的，炁流比较容易进出。炁流进出迅速的时候，能够出现极光现象。光是炁流能量达到光范围形成的炁流现象。
6、检验磁极。
这是磁极强度很小，体积很小的磁极。一根很细长的磁针就是一个检验磁极。用来检测磁场的存在和极性。
7、磁场强度。
这是表示磁场力的性质的物理量，用H表示。其方向是检验磁针的北极所受到的磁场力的方向。能够转动的磁针在磁场里停止转动时的方向就是磁场强度的方向。其大小为所受到的磁场力跟磁极强度之比，用公式表示如下：
单位为奥斯特。磁场强度处处相等的磁场叫做匀强磁场，否则为非匀强磁场。
8、磁力线。
这是表示磁场强度分布情况的虚拟线条。和电力线一样，实际上是不存在磁力线的。磁力线上每一点的切线方向都跟该点的磁场强度的方向一致，磁针北极所指的方向就是该点的磁场强度的方向。磁力线总是从北极出发到南极为止，不相交，不重合。可以用磁力线的疏密来表示磁场强度的大小。我们这样规定：和磁场强度垂直的1平方厘米面积内1根磁力线表示1奥斯卡。
炁学提示：磁力线和电力线一样，都是场炁流的流线。
图4.71 磁力线
9、磁通量。
这是垂直通过某一横截面的磁力线的根数，用φ表示。因此平均磁场强度就是：
10、磁性起源假说。
人们普遍接受的磁性起源理论有库伦假说和安培假说两种。库伦认为铁磁物质都是由元磁体（或者叫做分子磁体）组成的磁畴，受到磁场作用时，元磁体从无序变成有序排列，就具有了磁性。当出现最整齐排列时，磁性最大，叫做饱和磁化。安培进一步指出：元磁体就是原子、分子、分子团等物质微粒。由于这些微粒里有永不停息的环电流存在，所以具有了磁性。任何磁体的磁性都是由于电流的存在而产生的，磁场起源于电流。后来认识到，是这些微粒里的电子运动形成了环电流。海森伯利用量子力学的交换力解释了物质的铁磁性：铁磁性是在泡利原理的规定下由电子之间的静电相互作用引起的。
炁学提示：在“量子学”里已经反复说过，电和磁都是起源于量子，量子是同时生产电和磁的炁粒，量子吞吐炁体就形成了电场和磁场。当量子结合成为原子后，电和磁形成了中性的电和磁，叫做电炁子和磁炁子，而电炁子和磁炁子结合成电磁场炁子，就这样电和磁都被隐藏起来了。使炁子分离成为电和磁，就能够把电或者磁释放出来而显示电性或者磁性。例如光电池就是利用光电效应把光变成电的方法，是利用光炁流使炁子分离释放电炁流的方法。首先是光炁流被原子吸收变成电磁场炁子，然后是电磁场炁子分离辐射出去变成电炁流。又例如发电机利用外力（机械能之力）使线圈切割磁力线，磁力线将线圈炁子分离出电炁流而产生电。根据电磁关系，有电形成必定有磁形成，有磁形成也必定有电形成。问题是我们怎样利用电和磁，用电和用磁的方法是不同的。有些星球是电性的（射电天文学就是观测这些电炁流的，例如射电星系），是因为它们显电隐磁，而有些星球是磁性的（例如地球、太阳），是因为它们显磁隐电。
11、温度对磁场的影响。
磁铁在居里点以上是各向同性的，没有磁性，在居里点以下，虽然还是各向同性的，但是磁矩具有了特殊的方向，使磁铁具有了磁性。
炁学提示：温度是衡量热炁流的标志。热炁流是炁体的紊流，即紊炁流，是物体炁子（分子之间形成的电磁场物质）紊流的体现，具体表现为分子的紊乱运动，所以又叫做分子热运动。温度高则热炁流多，则场炁流少，就是说会压制炁子转变成磁场炁流的活动，使磁性消失。
12、磁的应用。
磁的应用通常都是跟电的应用联系在一起的，是电磁关系的应用。制造磁性材料（磁铁）、指南针、磁盘、磁带、电磁铁、变压器、电机、磁头、磁选等等都是磁的应用。
（二）、电磁关系
电磁学是关于电磁关系的学问。电和磁是孪生兄弟姐妹，必定是同时出现在一个炁粒上的，而且一个为阴则另外一个必定是阳。量子同时生产电和磁，量子结合成为组子（原子、分子和物体）后，电和磁结合成为电磁场炁子，电性和磁性同时消失，实际上是被囚禁在组子里了。将电磁场炁子分裂成为电或者磁的方法叫做生电生磁。
1、电流的磁场。
1820年，丹麦的奥斯忒发现通电导体的周围存在着磁场。电流的周围有磁场存在，磁场方向和电流方向有关。
直线电流的磁场的方向，可以用右手拇指法则判定：右手握住导线，使拇指指向电流的方向，则四指的方向就是磁力线的方向。可见，这是环流磁场，是闭合线，是没有极性的。其磁场强度跟电流强度成正比，跟到导线的垂直距离成反比。
图4.72 右手拇指法则
环电流的磁场：环中心处的磁场强度跟电流强度成正比，跟环半径成反比。
螺线管的磁场：内部的磁场强度跟电流强度和匝数成正比，跟螺线管的长度成反比。其极性方向用右手拇指法则判定：右手握住螺线管，使四指指向电流方向，拇指所指的一端就是北极，是磁力线的方向。实际就是上面的直线导体的右手拇指法则的变通应用。
图4.73 环导线和通电螺线管的磁场
炁学提示：电磁是共存的。当电炁流在导体内流动形成电流时，会将电线炁子分离出磁炁流，在导体外形成磁场。很显然，电流越大，变成磁炁流的炁子越多。为什么电流和磁场的方向有右手法则关系，为什么直线导线形成无极性的环形磁场，机理未明，应该同电炁流在导线炁子内的流动有关。电炁流使导线炁子分离出磁炁流，一节节“磁铁”相连接形成了环形磁炁流。这里的“磁铁”和“磁极”是由构成导线的原子或者分子形成的。因此估计电磁铁有趋肤效应，就是磁炁流主要从导线表面层形成。
图4.74 环形磁场的形成机理
2、电磁铁。
在螺线管里加一根软铁心制造而成。可以制成条形、蹄形等各种形状的电磁铁。电磁铁有广泛的应用，有控制电流的作用，可以用来制造电铃、电报机、继电器、选矿机、起重机等。电磁铁的磁力同匝数和电流强度成正比。
炁学提示：电炁流使铁炁子中的中性磁炁流分裂，形成阴阳两种磁炁流，让铁具有磁性。停电后，阴阳磁炁流合并还原成为中性的磁炁流，磁性消失。这个机理同电流使电线产生磁是一样的。导线磁诱发了铁炁子，磁感应使铁炁子的磁炁子分离成为阴阳磁炁流而具有磁性。
3、磁场对电流的作用。
电能够生磁，能够对磁产生作用，那么反过来能够成立吗？1822年，安培发现了磁场对电流的作用现象。
对于直导线，其作用方向可以用左手法则判定：让磁力线穿过左手掌心，四指指向电流的方向，则拇战的方向就是磁场力的方向。
图4.75 左手法则
磁场力的大小用F表示，则：
F=KHILsinθ
式中L为在磁场中的直导体的长度，θ为导线和磁力线的夹角。当取达因、奥斯忒、安培、厘米为单位时，K=0.1。
对于线圈，可以用下面的公式表示：
M=0.1NHIScosθ
式中，M为磁场力产生的力偶，S为线圈面积，N为线圈的匝数。
各种电表（电流表、电压表）都是根据这种原理制造的。
炁学提示：电流产生的电线磁场同环境磁场作用是很正常的现象，就如同两块磁铁相互作用一样。磁对电的作用力F是吸力和斥力的合力。
图4.76 左手法则机理
4、平行电流间的作用。
电流周围有磁场存在，因此两个电流之间会因为磁场而发生作用。作用力的方向是：同向电流时相吸，反向电流时相斥。可以用右手法则和左手法则综合判定：右手法则判定磁场方向，左手法则判定受力方向。
图4.77 平行电流间的作用
5、电磁感应、楞次定律。
1831年，英国的法拉第发现了磁生电的现象，这种现象叫做电磁感应现象，所产生的电流叫做感生电流，所形成的电动势叫做感生电动势。利用磁场获得电流的方法有切割磁力线法（闭合导线切割磁力线时就会产生电流）和改变磁通量法（改变闭合导线里的磁通量时就会产生电流）。
感生电流的方向用右手法则判定：让磁力线穿过右手掌心，拇指指向切割运动的方向，则四指的方向就是感生电流的方向。
楞次定律：这是由俄国的楞次在1834年发现的。感生电流的磁场总是阻碍原来磁场发生变化。感生电流产生的磁场会阻碍切割运动，即产生磁场阻力。
炁学提示：磁生电同电生磁正好相反。线圈切割磁力线产生电炁流的原理是磁炁流使导线炁子中的电炁子分离成为阴阳电炁流。电炁流所形成的磁场起到阻力作用，就是同切割方向相反。
图4.78 右手法则及其机理
6、感生电动势。
有感生电流就必然存在感生电动势。导体切割磁力线或者线圈的磁通量发生变化，就会产生感生电动势，如果是闭合电路就会有感生电流产生。
感生电动势的大小由法拉第电磁感应定律公式计算：
对于直线导体：
对于闭合线圈：
公式中ε为感生电动势（伏特），v为速度（厘米/秒），H为磁场强度（奥斯卡），L为长度（厘米），n为线圈匝数，ΔΦ/Δt为磁通量变化率。
7、自感现象。
这是由法拉第在1835年发现的一种电磁感应现象。当接上电源时，在接有电磁铁的电路里，电流是逐渐增加的；而没有电磁铁的电路里，电流是立即增加到稳定值的。当断开电源时，没有接电磁铁的电路的电流会立即为零，而接电磁铁的道路里电流是逐渐减少的，甚至出现电流增强的情况。在自感电路里，电流逐渐增强的过程就是周围磁场建立的过程，电流减少的过程就是磁场消失的过程。
自感电动势的方向。自感电动势总是在阻碍电流的变化。如果电流增强则自感电动势与原来的电流方向相反；如果电流在减弱则自感电动势与原来的电流同方向。
自感电动势的大小。把ΔΦ=KΔI代入上面的公式得：
L=叫做线圈的自感系数，单位是亨利。1亨利=1伏特&秒/安培。自感系数比较大的电路叫做自感电路。
利用双线绕法使电流反向流动，可以减少甚至消除自感现象。
图4.79 双线绕法
8、交流电。
交流电是电流的大小和方向进行周期变化的电。交流电是利用电磁感应现象生产的电。当闭合矩形线圈在匀强磁场里匀速转动切割磁力线时，就产生大小和方向都作周期性变化的感生电流和感生电动势，这样的电就叫做交流电。线圈每转一周，交流电的方向就要改变两次。由于是呈正弦规律变化的，所以叫做正弦交流电。常见的是正弦交流电。交流电比直流电用途广泛，因为交流电应用性能好（变压容易、送电损耗小、电机简单可靠）。
图4.80 电机与正弦交流电
交流电的周期：交流电完成一次全振动的时间，用T表示。
交流电的频率：1秒钟里交流电振动的次数，用f表示。f=1/T。我国的普通电是50赫兹。
交流电的角频率：即转动的角速度，用ω表示，ω=2πf。
交流电的有效值：是根据电流的热效应来规定的。电流、电压、电动势都是其幅值（最大值）的
电机是实现机械能和电能相互转换的机械设备，将机械能转变成为电能的叫做发电机，将电能转变成为机械能的叫做电动机。有直流电机和交流电机，有单相电机和三相电机。交流电机又分为同步电机和异步电机。
发电机是一种利用电磁感应原理，把机械能变成电能的装置。有交流发电机和直流发电机两种。交流发电机又分为单相交流发电机和三相交流发电机。1832年法国的皮克希制造出第一台手摇发电机，1834年德国的雅可比制造第一台实用的发电机，1867年德国的西门子制造出第一台自激式发电机。目前的发电机提供的一般是220和380伏交流电。三相交流发电机生产的是三相交流电，三相的相位差为120&。最常用的是星形接法。星形接法形成三相四线电路，有三条火线（相线）和一条地线（中性线、零线）。火线和地线的电压叫做相电压，用V相表示，一般为220伏特，火线之间的电压叫做线电压，用V线表示，一般为380伏特。在远距离送电时，大多数用三角形接法，可以省地线。
图4.81 送电线路的接法
电动机是把电能转变成机械能的装置，其实就是发电机的反应用。有交流电动机和直流电动机两种。交流电动机有同步交流电动机、三相感应电动机和单相感应电动机。
10、变压器与送电。
变压器是利用电磁感应原理用来改变交流电的电压和电流的设备，目的是为了远距离送电，能够用比较小的电线和电流输送电能，但是输送的功率不变。将电压提高n倍，则电耗减少到原来的1/n2倍。变压器用两组导线绕铁心而构成。n1为输入线圈（原线圈）匝数，n2为输出线圈（副线圈）匝数。当n1大于n2时叫做降压器（降压变压器），当n1小于n2时叫做升压器（升压变压器）。没有副线圈的变压器叫做自耦变压器。
图4.82 变压器
炁学提示：高压电如同高压水，比低压电更加容易输送到远处。高压电的炁子能量比较高，电损小。
三、引力场学和斥力场学
——暨暗能量与暗物质
任何组子（组合炁粒）都在生产引力场和斥力场共两股炁流，引力场是组子通过炁子生产的。量子只生产电场和磁场，没有引力场和斥力场。牛顿的万有引力定律揭示的是引力场炁流的作用定律。西学对斥力场不认识，或者说认识不足。引力场与斥力场炁流形成了暗物质与暗能量现象。
（一）、引力场炁流
1、万有引力定律。
这是牛顿发现的自然界的最基本和最普遍的定律之一。牛顿是在研究天体的运动规律的时候于1683年发现这个定律的，并在1687年发表出来。他根据开普勒定律（行星的运动规律），揭示了行星运动的力学原因，得到了万有引力定律：任何两个物体之间都是相互吸引的，引力的大小与物体的质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。用公式表示如下：
公式中，F为引力，f为万有引力恒量、比例常数，m1和m2为两个物体的质量，r为两个物体的间距。卡文迪许等人用科学实验的方法证明了万有引力定律的正确性，并且实验测得f值为：f=1/（15&106）=6.67&10-8，单位是cm 3/g&s 2（达因&厘米2/克2）。引力常数是重要的自然常数。万有引力定律是根据天体运动得到的经验定律。实验证实：在引力场中，一切物体都有同样的加速度。万有引力定律只适用于质点（有力作用却没有体积的点，其实就是奇点）。距离比半径大许多，而且密度均匀的球体可以看作是质量集中在球心的质点。
炁学指迷：请同温能公式和温质公式比较一下。
在r处的炁流强度为：
E=ε/r2=κT/r2
对在r处的另外一个炁粒（炁粒2。第一个炁粒为炁粒1）的作用力为：
F=κ3&E1&ε2=K T1T2/r2
式中，K=κ1κ2κ3为作用力常数。
我们根据温质公式（m=κ′T），用质量m代替温度T，就得到了万有引力公式。
我们把E=m/r2叫做引力场炁流强度，简称引力强度。在炁粒表面处r=1，E=m。
引力常数f的物理意义。比较可知f = k1&k2&k3（已经把质量常数κ′并入作用力常数κ）。从这里可以看出，引力常数实际上就是炁海里的炁流作用常数，同炁体、炁子和炁流有关，k1、k2、k3分别反映了这三种虚物的存在情况。在宇宙炁海里，炁流比较平衡稳定地存在，在炁体多的地方炁子就少，相反在炁体少的地方炁子就多，所以总体而言f值是大体一样的，变化不大。在宇宙四季运动中，四季的f值应该是有所不同的。是否如此，有待验证。
万有引力定律只适合组子，因为组子才能生产引力炁流。
2、重力、重量和质量。
4.9 &功能学
功能学是研究能量与功的转变规律的学问。
1、功与功率。
功是能量转化的量度。能量转化是通过做功实现的，做了多少功就有多少能量发生转化。
功的量度：功W等于力F和受力物体在力的方向上所通过的路程S的乘积。对于普适情况，有如下关系：（α是力和运动方向的夹角）
功的单位是尔格，1尔格 = 1达因&厘米 = 1克&厘米2/秒2。1J=107尔格，1千克米=9.8焦耳。
功率N是功和完成这个功所需要的时间t的比值：
N=W/t=Fvcosα
功率的单位：瓦特。1W=1J/s=107尔格/秒，1马力=75千克米/秒=735W。
2、能、机械能、动能和势能。
能是能量的简称。能是表明物体做功本领的物理量。能量是物质运动的量度。物体具有的能量是用它能够做功的多少来量度的。能量的种类很多，有动能、势能、机械能、重力势能、弹性势能、内能、电能、电磁能、化学能、生物能、原子能、波能、热能、光能、辐射能等。
动能是物体运动而具有的能量，Ek=mv2/2。动能定理：如果外力所做的功全部用来增加物体的动能，则等于物体动能的增加：W=Ek2－Ek1=△Ek。
重力势能是由物体和地球之间的相对位置来决定的能量。一般取地面上的重力势能为零，因此物体在高度h处的重力势能为，Ep=mgh。如果外力所做的功全部用来增加物体的重力势能，则等于物体势能的增加：W=Ep2－Ep1。
弹簧的弹性势能Ep=kx2/2。
炁学提示：对于能量，西学是从能量现象认识的，并没有认识能量的本质——炁流，能量的物质性（能量物质）——炁体，能量的来源——炁粒生炁流（西学认为能量是无生无灭永远守恒的），力的本质是炁流的相互作用，功是关于炁流对炁粒作用的量度（结果是炁流变成炁子），功率是炁流转化的效率。炁粒的能量由炁子决定，炁流的能量由炁流决定。
物体的内能有分子的动能和势能两种，或者说分子动能和分子势能合称为物体的内能。物体的内能是分子无规则运动的动能和分子间力（引力和斥力）产生的势能之和。任何物体都是由分子组成的，因此都有内能。物体不但有外能（机械能），还有内能。内能与外能都是由动能和势能组成的。分子的动能一般用分子平均动能表示。
内能的大小由质量、物态、温度、分散程度决定。物体的内能同分子数目有关，物体的质量大则分子数目多，内能大。内能还同温度有关，温度高则内能大。物体的物态和分散程度对内能也有关。气体的内能只考虑分子的动能（因为分子间距远，分子作用可以忽略不计），液体和固体的内能要同时考虑分子的动能和势能。
使物体内能增加的物理方法有做功和热传递。做功是使外能变成内能的过程，热传递是传递热能的过程。热传递实质上就是内能的传递，是内能从一处转移到另外一处的过程。内能总是从温度高的地方流向温度低的地方，温差越大，传递越快，直到温度一样时停止传递，达到热平衡。热是物质的一种运动形态，表示了物质微粒的混乱运动。
炁学提示：热是炁体的紊流现象（就是紊流状态的炁流），内能是对物体内部的炁子和炁流的量度，内能物质是炁子。做功和热传递都是炁流变成炁子的过程。
3、机械能守恒定律。
动能和势能总称为机械能。如果没有其它力的消耗和外力做功，则在势能和动能的转变过程中，总的机械能保持不变。
炁学提示：机械能是对物体炁子的量度。势能是物体本身所具有的炁子量，动能是物体所附加的炁子量。
4、功能原理。
功能原理：外力对物体所做的功，等于物体克服摩擦力和媒质阻力所做的功，加上增加的机械能。做功时，总是有能量发生转变。功能原理的外力不包括重力、摩擦力和媒介阻力。
动能原理：外力对物体所做的功，等于物体动能的增加。这个外力包括了所有的力。
炁学提示：功能原理是关于炁子和炁流相互转化的规律。外力把炁子传递给物体，使物体炁子增加，其中有一部分炁子克服重力、摩擦力和媒介阻力所消耗了，剩余的炁子就是物体增加的动能。
5、能量转变和能量守恒定律。
一切形式的能量都是可以相互转变的。1744年，俄国的罗蒙诺索夫发现并且提出了能的转变和守恒定律：能量不能消灭，也不能创生，只能由一种形式转变为另外一种形式。这个定律后来又由德国的迈尔和亥姆霍兹，以及英国的焦耳等人相继发展和确定。这是自然界里最基本和最重要的定律之一，是实验和经验的总结。
炁学提示：能量守恒是有条件的，不是绝对真理。能量的本质是炁流，炁流是生产出来的，不是无生无灭的。炁粒生炁流，炁流生于炁粒也灭于炁粒。炁流是生与灭是需要一定的条件的。在一般条件下，炁流只能够守恒地进行转化。
机械是用来改变力的方向和大小的装置。机械力有动力和阻力，阻力有有用阻力和无用阻力。机械功有动力功和阻力功。机械可以省力、省时、加速、提高精确度、保证质量等。
机械的功的原理：任何机械都不能够省功。不考虑无用阻力时，动力功等于有用功。
机械效率η是有用功W1和动力功W的比值：η=W1/W。
机械利益A是机械的有用阻力P和动力F的比值，表示了省力的程度：A=P/F。A＜1为费力，＞1为省力，=1表示既不省力也不费力。A＇=ηA，A为理想机械利益，A＇为有无用阻力时的机械利益。
简单机械：
杠杆原理：不考虑无用阻力时，动力的力矩等于有用阻力的力矩。杠杆的A=L2/L1，L2、L1分别为动力臂和有用阻力臂。
2）滑轮和轮轴。
定滑轮的作用是改变力的方向，但是所花的力是一样大的，A=1。
动滑轮可以省力，A=2。
轮轴的A=R/r＞1，R为轮的半径，r为轴的半径。
利用定滑轮和动滑轮的组合叫做滑轮组，A值要具体分析。
差动滑轮是滑轮组的一种，A=2R/（R－r）＞1，R为大轮半径，r为小轮半径。
3）、斜面。
斜面机械的A=1/sinθ=L/h＞1，θ是斜面的夹角，L是斜面的长，h是斜面的高。
斜面原理：在不计无用阻力时，如果要把物体匀速推上斜面，则斜面方向上的动力等于有用阻力沿斜面的分力。
劈（楔子）是斜面是应用，其A=1/ 2sinθ=L/2h＞1，θ是劈角的一半，L是劈面长，h是劈背厚度的一半。
螺旋是斜面的另外一种应用，其A=2πL/h＞1，L是动力点到转轴的垂直距离，h是螺距。
4）、离心机械。
这是一种利用离心力的技术。有瓦特节速器（稳定转速用的机器，应用于蒸汽机、蒸汽轮机、水力发电机上）、离心抽水机（能够连续抽水，效率比较高）。
4.8 &运动学
物质世界的运动形式是无限多样的，可以分五种基本运动形式：机械运动、物理运动、化学运动、生物运动、人类社会运动。一个物体使其他物体的位置发生变化的过程叫做机械运动。运动由速度、方向、距离、时间、作用力等确定。
炁学提示：运动是炁粒和炁流的基本属性，运动有炁粒的运动和炁流的运动两类，炁子的运动是伴随着炁粒进行的。上面这五种运动都是炁粒运动，还有五行炁流的运动。炁粒运动是由炁流运动引起的，炁粒还有内部运动形式。世界上只有炁体是绝对静止没有运动性的，因为运动的炁体叫做炁流，炁体运动就变成炁流了。炁粒的相互作用有两种方式：炁粒的接触作用（直接作用，例如碰撞作用）和炁粒通过炁流作用（间接作用，例如引力作用）。炁粒相互作用会产生力，力会使炁粒运动。炁流是绝对运动，因为炁流静止了就变成了炁体，但是我们是看不见炁流运动的，但是通过测量可以知道炁流的运动性——种类、方向和大小等。炁粒是相对运动，动中有静，动静结合。炁粒的运动是绝对的，静止是相对的。正是由于有相对静止性，我们才能够使炁粒停止下来进行分析研究、生产使用。炁粒的运动是炁流作用的结果，没有炁流作用炁粒就无法运动。要使一个炁粒运动，就必须对这个炁粒施加炁流作用，炁流转化成为这个炁粒的内能（炁子）而使之运动。运动的炁粒所具有的能量叫做动能，这个动能就是所附加的内能。如果炁流转变成炁粒本身的炁子，就使炁粒变形、升温等而有所损耗，否则将作为附加炁子的形式存在于炁粒身上，这个附加炁子就叫做附加内能。显然，附加炁子是不稳定的，将在发生摩擦、碰撞等作用时，就会转化成为其他种类的炁流和炁子，这个过程叫做能量的转化。有多少附加炁子减少，就转变成为多少其他炁流和炁子，这个过程叫做能量的守恒。
一、运动的速度
炁流的运动速度。在场、波、热、光和射线五类炁流（能量）里，最快的是光的速度，简称光速，用c表示，为每秒30万公里（3&108m/s）。光速是一个重要的宇宙常数、自然常数。相对论揭示，光速是物质的最快的速度，是无法逾越的。光的速度是所有炁流中运动速度最快的。场炁流的速度，根据相对论说是光速，其实是错误的。在“炁流学”里我们将知道：场速（场炁流的速度）是一种匀变速运动，近炁粒处快，为光速，远炁粒处慢，与距离的平方成反比，直至为零（在无限远处为零）。波速（波炁流的速度）相差很大，音速为1200km/h（333m/s），电磁波速度是近光速。 热速（热辐射炁流的速度）为光速，射线速度为光速的几～99%。这些速度是在炁体里（西学认为是在真空里）的速度，在空气（标准状态时的空气）里的传播速度接近在炁体里的速度。炁流在不同物体内的传播速度要比在炁海里小，而且不同的物体对不同的炁流的减速效果有很大的不同， 还同温度有关，这是由于炁子对炁流的减速作用的结果。炁子对声波炁流的传播速度有很大的影响，例如在0℃的空气里为332m/s，在玻璃里可达6km/s，在橡胶里只有30m/s。温度（热炁流）对声速的影响也比较大，例如在空气中，温度从-30上升到100℃时声音的速度从313增加到386m/s，平均温度升高1℃速度增加约0.6m/s。
炁粒的运动速度都远远小于光速，除了量子的速度比较快一些。在生物界，动物的速度，陆地上以猎豹最快，为31m/s，水里以旗鱼和箭鱼最快，为28m/s，空中以褐尾燕最快，为98m/s；在天体界，已经观测到的天体，以类星体最快，一般是近光速（为0.92c），已经发现了超光速运动的类星体，而且其速度远远超过光速。炁学预言，在总星系以外的天体中，超光速更是普遍存在，越接近天体链中心的速度越快；在非生物界，量子的运动速度为近光速或者光速，形成了射线现象，组子的运动速度要小得多，没有发现近光速运动的组子。在西学技术里，运动物的速度都在9km/s以内，例如手枪和步枪射速是0.9km/s，超音速飞机为2.0km/s，导弹为1.8km/s，电磁枪为2.8km/s，火箭为8.3km/s。设计中的行星列车（地下真空超导磁悬浮超音速列车）为6.3km/s），是音速的20余倍，这种列车的能量费用只有飞机的2~3%，而且无声、无废气、无超音冲击波。据说正在研究中的光子火箭和光子飞机可以达到14km/s。然而这些速度都要比光速低许多。根据资料介绍，神秘飞碟能够以1万公里/秒（是光速的1/30）的速度运动，是非生物炁粒中运动速度最快的。因此可以肯定，飞碟不是以西学技术飞行的。理论上讲，炁粒可以用近光速、光速甚至超光速运动，因为炁粒可以用速度递加的方法加速。相对论证明光速是最快的速度，可是事实上天文观测中发现存在超光速现象，这是怎么回事？我们通常所说的光速一般是指光的速度，是炁流的最快速度，这是相对论已经证明了的科学真理，也是观测事实，但是没有理论证明炁粒不能够实现光速甚至超光速运动。超光速问题将在“光能学”里继续讨论。
二、匀速直线运动
1、运动的类型。
事物的运动状态分为三类：有序现象（有序运动。可以用数学方程表达其运动规律）、随机现象（随机运动。我们只能用概率、期望值、高阶矩等统计量进行描述）和混沌现象（混沌运动。可以用混沌数学表述其运动规律）。我们现在所介绍的运动类型属于有序运动。
在力的作用下，炁子或者炁流从一个炁粒传到另一个炁粒，使后一个炁粒具有了附加炁子，这个炁粒就要运动。根据运动的方向特征，可以分为直线运动、曲线运动、转动、振动、摆动等；根据运动的速度特征，可以分为匀速、变速（一般指匀变速，又分加速和减速）运动。结合起来直线运动就有匀速直线运动、匀变速直线运动（又分加速直线运动和减速直线运动）。这些运动都是炁粒的位移运动（位置随时间发生变化的运动），叫做机械运动，是最简单最基本的运动形式。而直线运动又是最简单和最基本的运动形式，匀速直线运动又是直线运动中最简单的运动形式。
2、质点和参照物。
描述运动需要用到质点、参考系、坐标系等概念。抛开炁粒的具体特征（大小和形状），我们把整个物体当作一个点来看待，这样就能够使研究问题简单化，这个点就叫做质点。质点是没有体积和形状只有质量的几何点，类似于奇点。炁粒的运动是绝对的，静止是相对的，是相对于某个参照物而言的。参照物是衡量运动的标准物体。参照物是灵活选定的，通常情况下，一般是以地球为参照物。相对于参照物的运动叫做相对运动。坐标系是在参考系上描述质点的运动情况而建立的图形，有直线坐标系（一维坐标系）、平面坐标系（二维坐标系）、立体坐标系（三维坐标系），有加上时间的四维坐标系，还有数学上的n维坐标系。
炁学提示：宇宙是三维的，就是空间维。时间是对空间的反映，时空是可以相互转换的。分出其他维只是为了方便解决问题。
3、质点的运动。
质点的运动用路程（质点走过的路线）、位移（起点和终点的直线距离）、速度、时间、加速度等矢量（有大小和方向的物理量）和标量（只有大小无方向的物理量）表述，可以用代数法和图解法表示。矢量可用带箭头的线段表示，标量用没有箭头的线段表示。速度是单位时间内质点所经过的路程，有瞬时速度、平均速度、加速度等。
4、匀速直线运动。
这是运动的速度和方向始终不变的运动，是一种理想运动，因为实际运动时会同周围的环境物质发生作用而减速、变向。速度v、距离S和时间t的关系式是：
v=S/t或者S=vt
可以用速度图（v-t关系图）和路程图（S-t关系图）表示。速度图围成的面积就是距离。
图4.51 路程图和速度图
5、运动的合成。
由分运动求合运动的方法叫做运动的合成。
对于在同一条直线上的匀速直线运动：S=S1+S2。
对于互成角度的匀速直线运动，其合运动也是匀速直线运动，合运动的路程就是两个分运动的路程组成的平行四边形的对角线，这个方法叫做运动的平行四边形法则。
图4.52 运动的合成
6、速度的合成和分解。
由分运动的速度求合运动的速度的方法叫做速度的合成。合速度是两个分速度形成的平行四边形的对角线，v2=（v12 +v22）1/2。对于同一条直线的运动，v=v1+v2。
速度的分解：一个速度可以分为无数个分速度，其大小依然可以用平行四边形法则求得，是求合运动的反过程。
图4.53 速度的合成与分解
三、匀变速直线运动
1、加速度。
加速度是单位时间里速度的变化量。炮弹的加速度可以达到5万m/s2。
匀变速直线运动。速度均匀增加或者减少的直线运动，叫做匀变速直线运动，有匀加速直线运动和匀减速直线运动两种情况。变速运动用平均速度、即时速度、加速度等表述。在匀变速直线运动中，加速度是一个恒量，在一定的时间内的速度变化的量都是相等的。
平均速度=（v0+v）/2
加速度a=（v－v0）/t
2、匀加速直线运动和匀减速直线运动的速度和路程。下面的公式中，加速用+，减速用－。
S= v0t&at2
v2=v02&2aS
可以用速度图表示如下。阴影部分为路程。
图4.54 速度图
3、自由落体运动。
在16世纪末，伽利略通过在比萨斜塔所进行的实验，得出了自由落体运动规律：自由落体运动是一种初速度为0的匀加速直线运动。在同一个地方的自由落体的加速度是一定的。这个加速度也叫做重力加速度、自由落体加速度，用g表示。不同的地方的g值一般是不同的，由于差别不大，所以一般取9.8米/秒2。这种运动规律用公式表达如下：
炁学提示：g反映了引力炁流的流动状态，呈匀加速度状态。炁流的加速运动导致了物体的重力加速度运动。物体的加速度运动是现象，炁流的加速度运动是本质。这个如同水流导致水中漂浮物的流动一样。
4、竖直上抛运动。
这是一种匀减速直线运动和自由落体运动的结合运动。其运动规律是：
ν= v0－gt
h= v0t－gt2/2
v2=v02－2gh
炁学提示：这个也是物体在引力场炁流的作用下的运动，这是逆引力炁流抛射物体的运动。这个同在流动的水里逆流发射物体是相似的。这是物体炁粒在炁海里的理想运动方式，是不考虑其他炁粒和炁流的影响作用的理想运动，实际运动总是多少会受到影响的，例如受到空气摩擦阻力作用。对于短距离来讲，这些影响可以忽略不计。
四、曲线运动和转动
常见的曲线运动有平抛运动、斜抛运动和匀速圆周运动。
1、物体作曲线运动的条件是：施加一个与运动方向成角度的力的作用。物体作曲线运动时，速度的方向时刻都在变化，某一点的速度方向就是该点的切线方向。物体作曲线运动时的速度叫做线速度。
2、平抛运动。
这是水平方向的匀速直线运动和垂直方向的自由落体运动的合运动。
vx=v0，S x=v0t
vy=gt，Sy =gt2/2
3、斜抛运动。
这是斜抛方向的匀速直线运动和自由落体运动的合运动。
νx=v0cosθ，x=v0t cosθ
vy= v0sinθ－gt，y = v0tsinθ－gt2/2
θ是上抛角度。
4、匀速圆周运动。
周期T和速度v的关系：
周期的倒数叫做频率，f=1/T，单位为赫兹（周/秒），是一秒钟转动的周数。
向心力和向心加速度。作圆周运动的物体有向心力和向心加速度。向心力和向心加速度始终沿着半径方向指向圆心。向心力的反作用力是离心力，二者大小相等、方向相反，作用在不同的物体上，不能平衡。离心机械是利用离心力进行生产的装置。
向心加速度：
5、固体的转动。
圆周运动也叫做转动。固体的转动各点的角速度相同。角速度：
φ是在时间t内所转动的角度。角速度的单位一般用n转/分（或者f转/秒）、弧度/秒表示。弧度是弧长等于半径所对的圆心角。
ω=2π/T=2πf（弧度/秒）
传动是传送转动的装置。在发动机和工作机两种机器之间需要传动装置，以便传送动力。传动有皮带传动和齿轮传动等。
主动皮带轮1和被动皮带轮2的转速n与直径d之间呈反比关系：n2/n1=d1/d2，这个关系叫做传动速度比。
主动齿轮1和从动齿轮2的齿数z与转速n之间同样成反比关系：n2/n1=z1/z2。
振动是对于某点来回重复的运动。振动用振幅A、周期T（s）、频率f（赫兹，Hz，周/秒）、波长λ、波速v等描述。振动形成了波，所以振动也叫做波动。简谐振动是最简单和最基本的振动。
产生简谐振动的力：F=－K x。
简谐振动的加速度的大小与位移成正比，方向与位移相反：a=－K x / m，K为弹簧的倔强系数。
简谐振动的周期和频率的关系式：T=1/f。
简谐振动的图形都是正弦曲线或者余弦曲线。振动方程是：
v=－ωAsinωt
a=－ω2Acosωt
在偏角很小时（小于5&），单摆的振动是简谐振动。单摆的振动定律：单摆的周期与振幅无关（叫做摆的等时性）、与质量也无关，与摆长关系是：（式中l为摆长，g为重力加速度）
这个关系式是由荷兰的惠更斯发现的。利用这个公式可以精确测定g值。
3、阻尼振动。
没有能量消耗的振动叫做理想振动，也叫做固有振动、无阻尼振动，其频率和周期叫做固有频率和固有周期，一般简称为频率和周期。在实际振动里，总是有阻力存在，有能量消耗，这样的振动叫做阻尼振动，其振动的幅度会逐渐减弱，直至停止振动。
4、受迫振动。
物体在周期性变化的外力（叫做策动力）作用下的振动叫做受迫振动。受迫振动达到稳定状态后的频率总是等于策动力变化的频率，与物体的固有频率无关，而且是无阻尼振动。
当受迫振动的策动力频率等于物体的固有频率时就会发生共振现象。共振时的振幅最大，其频率叫做共振频率。
炁学提示：共振是炁子简并作用。
振动在物质中的传播叫做波动，简称波。波有横波（质点的振动方向与波的传播方向垂直）和纵波（也叫做疏密波。质点的振动方向与波的传播方向相同）两种。波由波谷和波峰组成。波有叠加、干涉和衍射等性质。
波动关系：
v=fλ=λ/T
炁学提示：西学说“波传播的只是振动和振动的能量，物质本身并没有传播”。这是十分错误的。任何事物都是物质的，波也不例外。波能物质就是炁体，波能就是炁流。波动传播的是炁子或者炁流，不是炁粒，而炁子同样以波炁流的形式传播。振动研究的是炁子形成的炁粒现象。
同是一母生，同享一母怀。
同居一炁海，同卧一星球。
同饮一炁体，同产一炁流。
相逼急太甚，力现血成灾。
速速逃离别，已成陌路人。
以我绵薄力，助君成帝王。
或化粉碎身，成君栋梁材。
拳拳兄弟心，勿忘同胞情。
一、力的本质
（一）、西学对力的认识
力学是关于力的学问，是西学的重要组成部分，是西学的基础和源泉。力学知识由力学（基础力学）、应用力学、固体力学、流体力学、气体动力学、爆炸力学、工程力学、量子力学、动力学等学科组成。
力是西学的最基本的概念之一。那么什么是力呢？我们对力果真很了解了吗？事实上并不是这样，我们对力了解得还相当的不够。西学只是了解了力的现象、特征、规律、应用，但是对力的本质、起源和生产认识不够。
西学对力的认识是从力现象开始的。例如我们在推拉、提压、举吊、打撞、运动站立的时候，都会感觉到有力产生，都需要力才能够完成。因为力是看不见的，也是不能够直接感觉到的，所以当牛顿提出力的概念的时候遭到了强烈的反对，甚至百多年后的1865年，圣维南还质疑说：“力仅仅是一些用于简化计算的辅助概念”，皮尔逊（）也批判说：“力无非是把我们对运动解释的无知掩饰起来的名词”。
西学根据力的现象对力的认识是：
1、力是一个物体对另外一个物体的作用。力不能离开物质而单独存在。
2、力是使物体产生形变（体积和形状发生变化），或使物体的运动状态发生变化的原因。
3、力是使物体获得加速度的原因。任何使物体获得加速度的别的物体的作用都叫做力。
4、力是矢量，有大小、方向和作用点三个要素，叫做力的三要素。力可以用线段来表示，叫做力的图示法。力可以用测力计测量，单位是kg、牛顿（牛、N）等。力还可以用压强的形式表示：压强=压力/受力面积，是单位面积上所受到的力。
5、我们认识到的自然界最基本的相互作用力有四种：万有引力（作用距离无限远，属于长程力）、电磁力（几乎是所有宏观力的缔造者）、强作用力（简称强力，是短程力，作用半径≤10-12厘米）和弱作用力（简称弱力，是短程力。强力和弱力都是量子作用力）。它们分别引起引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。它们的作用强度之比是：强力∶电磁力∶弱力∶引力=∶1025∶1。这四种力所引起的相互作用不需要物体相互接触。使质子结合成为原子核的力叫做强力。强力的作用范围只有约10-15m，就是原子核的大小。弱力是造成放射线现象的作用力，作用范围和强力一样，作用强度只有强力的10-12倍。强力是量子的吸引力，弱力是量子的排斥力。电磁力是一切接触力的根源。接触力有弹力和摩擦力两类。拉力、压力、推力、支承力等属于弹力。
力能够统一吗？统一场论进行了各种努力，没有统一成功。爱因斯坦进行过引力和电磁力的统一的研究，没有成功。1976年，温伯格和萨拉姆提出了弱作用和电磁作用统一的弱电统一场论，提出在1015K下，这两种力表现为一种力，只有一个耦合系数，由相同的玻色子传递力的作用。1983年欧洲联合核子中心果然就发现了弱电统一的传播子。其后大统一理论出台了，想把强作用力、弱作用力和电磁作用力统一起来，预言其统一温度为1027度。但是统统都以失败告终。
（二）、炁学揭迷解惑
西学从力的现象认识了力，易学从气的现象认识了力，炁学从力的本质认识了力，即从炁体角度认识了力。易学的力学知识请看“炁流学”的介绍。
原子核内是没有其他量子存在的，就是没有质子、中子和其他量子存在。因此强力和弱力是不存在的，只有量子分裂的力和抵抗量子分裂的力存在，就如同把水滴分开成为小水滴所存在的水的收缩力和分离力。量子作用是电磁双重作用，是电场和磁场都同时发生作用，而且电作用比磁作用距离远得多。一切炁粒间的作用力都是源于电磁力，从量子作用、原子作用、分子作用到物体作用都主要是由于电磁场作用。
力可以分为炁粒力和炁流力两大类。
炁粒力是炁粒之间的作用力，是炁粒相互作用形成的力，是通过炁粒直接接触产生的力。炁粒力有量子作用力、原子作用力、分子作用力、物体作用力、固体作用力、液体作用力、气体作用力等，例如浮力、弹力、摩擦力。
炁流力是炁粒通过炁流相互作用形成的力，是炁流对炁粒的作用力，是炁粒的间接作用力，炁粒之间没有直接的接触。炁流力有场炁流作用力——电力、磁力、重力、引力（吸引力，万有引力）、斥力（排斥力、推斥力），波炁流作用力——声压、波压，热炁流作用力——热力，光炁流作用力——光压，射线炁流作用力——射线冲击力共五类炁流作用力。例如电荷之间的作用是通过电场炁流进行的，一个电荷不能够对一个非电荷炁粒产生作用。
从本质而言，力的本质是炁流作用，是炁流力。炁粒作用本质上也是同炁流作用有关的。炁流力是靠炁流作用产生的力，炁粒力实际上也是靠炁流作用产生的。我们知道，物体是由量子和炁子构成的，量子只占物体体积比的亿万分之一以内，其余的都是炁子。炁子也是炁流（电磁场对冲炁流）。因此，炁粒力不是靠量子（核子和电子）碰撞产生的，而是炁子作用的结果。炁子形成了一道炁流屏幕，就像空气流动形成的气幕一样。弹力是炁子效应，不是微炁粒（量子、原子、分子）效应。微炁粒的结合力由炁子反映，炁子则影响和决定了物体的弹性。炁子反映了炁粒之间的引力和斥力的作用关系。
图4.48 力的本质
二、力的种类
力的种类很多，无论是炁粒力还是炁流力都可以分为引力和斥力两大类。由此延伸出的力有重力、电力、磁力、热力、摩擦力、牵引力、拉力、内应力、支承力、压力、浮力、平衡力、动力、阻力、弹力、推力、膨胀力、压缩力、机械力、冲力、作用力和反作用力等。
重力是物体所受到的地球的吸引力，形成了物体的重量，请看后面的“质量和重量的本质”的介绍。
由于物体发生形变而引起的力叫做弹力。任何物体在受到任意大小的力的作用时，都要发生形变，不发生形变的物体是不存在的。弹力和形变是同时存在同时消失的。弹力同形变成正比关系。物体在形变后能够恢复原状的形变叫做弹性形变。
炁学提示：弹力起源于炁子。物体形变引起炁子变形而产生弹力，其实就是磁场的排斥作用力。
3、摩擦力。
摩擦力是由于摩擦引起的。摩擦有滑动摩擦、静摩擦和滚动摩擦三种。
物体发生滑动时产生的摩擦力叫做滑动摩擦力，其方向总是同滑动方向相反。滑动摩擦力为：f=μN。μ为滑动摩擦系数，比静摩擦系数小一些。μ同物体种类、接触面性质、接触面积、运动速度等有关。一般物体之间的μ值在0.02～0.4之间，木和皮带、木和木之间达到了0.4。
由于物体有滑动趋向而形成的摩擦力叫做静摩擦力，其方向总是阻止其发生滑动，即同滑动趋向的方向相反。最大静摩擦力为：fmax=μ0 N。N为正压力（垂直于摩擦面的压力），μ0&&&& 为静摩擦系数，比μ略大些。
圆形（圆柱形、球形、轮子形）物体发生滚动时产生的摩擦力叫做滚动摩擦力，其值比滑动摩擦力小得多。
炁学提示：摩擦力也是起源于炁子的电磁作用。
浮力是物体在流体中由流体产生}