物理原理与印刷技术.pdf

物理原理与印刷技术物理原理与印刷技术 （书稿精编）（书稿精编）（书稿精编）（书稿精编） 韩春柏韩春柏韩春柏韩春柏 上海出版印刷高等专科学校上海出版印刷高等专科学校上海出版印刷高等专科学校上海出版印刷高等专科学校 2009200920092009 年元旦年元旦年元旦年元旦 2 目目目目录录录录 第一讲第一讲第一讲第一讲 动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术3 3 3 3 第二讲第二讲第二讲第二讲 振动方程与防震包装技术振动方程与防震包装技术振动方程与防震包装技术振动方程与防震包装技术5 5 5 5 第三讲第三讲第三讲第三讲 静电场的性质与静电印刷技术静电场的性质与静电印刷技术静电场的性质与静电印刷技术静电场的性质与静电印刷技术7 7 7 7 第四讲第四讲第四讲第四讲 压电效应与电喷墨成像技术压电效应与电喷墨成像技术压电效应与电喷墨成像技术压电效应与电喷墨成像技术9 9 9 9 第五讲第五讲第五讲第五讲 磁介质的性质与磁介质的性质与磁介质的性质与磁介质的性质与磁性印刷技术磁性印刷技术磁性印刷技术磁性印刷技术11111111 第六讲第六讲第六讲第六讲 电磁波的特征与防虫害包装技术电磁波的特征与防虫害包装技术电磁波的特征与防虫害包装技术电磁波的特征与防虫害包装技术13131313 第七讲第七讲第七讲第七讲 电磁波的特征与防霉腐包装技术电磁波的特征与防霉腐包装技术电磁波的特征与防霉腐包装技术电磁波的特征与防霉腐包装技术15151515 第八讲第八讲第八讲第八讲 电磁波的性质与电磁波的性质与电磁波的性质与电磁波的性质与“图像变换器图像变换器图像变换器图像变换器”15151515 第九讲第九讲第九讲第九讲 干涉原理与全息印刷技术干涉原理与全息印刷技术干涉原理与全息印刷技术干涉原理与全息印刷技术16161616 第十讲第十讲第十讲第十讲 衍射原理与现代图像信息处理衍射原理与现代图像信息处理衍射原理与现代图像信息处理衍射原理与现代图像信息处理技术技术技术技术18181818 第十一讲第十一讲第十一讲第十一讲 激光特性与激光印刷激光特性与激光印刷激光特性与激光印刷激光特性与激光印刷技术技术技术技术20202020 第十二讲第十二讲第十二讲第十二讲 液晶的液晶的液晶的液晶的光学性质和液晶印刷光学性质和液晶印刷光学性质和液晶印刷光学性质和液晶印刷22222222 第十三讲第十三讲第十三讲第十三讲 可见光的性质和包装装潢的色彩设计可见光的性质和包装装潢的色彩设计可见光的性质和包装装潢的色彩设计可见光的性质和包装装潢的色彩设计24242424 3 第一讲第一讲第一讲第一讲 动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术 1-11-11-11-1 动量定理与动量守恒动量定理与动量守恒动量定理与动量守恒动量定理与动量守恒 1-1-11-1-11-1-11-1-1 冲量冲量冲量冲量：力对时间的积分称为力的冲量。用表示。F r 2 1 t t dtF r I = 2 1 t t dtFI rr 从冲量的定义可知，冲量是由作用力和时间两个因素共同决定的。 冲力冲力冲力冲力：短时间内，迅速达到极大值，又急剧下降到零的作用力称为冲力。 1-1-21-1-21-1-21-1-2 质点的动量定理质点的动量定理质点的动量定理质点的动量定理 在给定的时间内，作用于质点的和外力的冲量，等于质点在该时间内的动量的增量。 12 2 1 vmvmdtF t t rr r = 1-1-31-1-31-1-31-1-3 动量定理的意义动量定理的意义动量定理的意义动量定理的意义 动量定理表明合力在某一过程中对时间的积累效果，表现为动量的增量。 动量是描述物体运动状态的物理量， 如果在某过程中动量的增量一定， 即物体的运动状 态发生变化的一定，则该过程的时间短则力大，时间长则力小。 例题例题例题例题 一个球的质量为，从高度为处自由下落，假设球地面碰撞时没有kg 5 . 010mh = 能量损失，和地面的接触时间为,求该球所受的平均冲力。s 02. 0t = 解解： 由运动学知识可知，球下落到地面时的速度为 s/m 14108 . 922ghv= 因假设球与地面碰撞时没有能量损失， 所以球从地面弹起的速度大小等于下落速度的大 小，方向相反。则在碰撞过程中球的动量改变量为 2mv ，由动量定理得知该球受到的平均 作用力为 N 700 02 . 0 145 . 02 t 2gh2m t 2mv F= = = = 球本身的重力为 N 9 . 48 . 95 . 0mgW= 显然，球受到的平均作用力比球本身的重力大 142.9 倍！ 1-1-41-1-41-1-41-1-4 动量守恒定律动量守恒定律动量守恒定律动量守恒定律 当一个力学系统所受的合外力为零时，系统的总动量保持不变。 =恒矢量 = n i iiv m 1 练习题练习题练习题练习题 一个球的质量为，从高度为处自由下落，由于能量损失，从地kg 5 . 010mh = 面弹起的速率是落地时速率的一半，若该球与地面的接触时间为,求该球所受的s 02. 0t = 平均冲力。 4 1-21-21-21-2 动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术动量定理与防震包装技术 产品包装后形成包装件。从包装出厂到顾客拆除包装，主要经过堆积、运输和装卸三大 过程。其中每个过程都可能受到冲力作用。 研究表明，在正常流通过程中，包装件可能遇到的最严重的冲力作用来自装卸操作，这 是由于包装件掉落在地板上、码头上或平台上引起的。 包装件从某个高度落下， 由于重力加速度的作用， 致使速度不断增加， 当与地面碰撞时 ， 速度最大，并在极短的瞬间速度就由最大减小到零。 包装件触地瞬间受很大的冲力，形成冲量。 根据动量定理，有mvmdvFdt t v = 0 0 在速度（动量）一定的情况下，冲量由和 两个因素决定，为了减小，就需要mvFtF 增大 ，即增大速度由减小到 0 的作用时间，使之缓冲。在实际操作时采取的缓冲措施主tv 要是采用防震包装以减小冲力的影响。 设某包装件的质量为 m, 从高度为 h 处落下，缓冲材料提供的缓冲时间为 t，则包装件 地时的速度为。在包装件刚落地时包装件受向上的冲力和向下的重力作2ghv = T Fmg 用，以速度的方向为正方向，包装件所受的合力，由动量定理 T FmgF= mvmdvFdt t v = 0 0t 0 T dt)Fmg( 冲力是变力，取为平均值，有 T F T F T Fmvt )Fmg( T = 则包装件所受的平均冲力为 t mv mgFT+= 由此可见，若缓冲时间足够长若缓冲时间足够长若缓冲时间足够长若缓冲时间足够长，则包装件所受的平均冲力则包装件所受的平均冲力则包装件所受的平均冲力则包装件所受的平均冲力最小最小最小最小，等于重力等于重力等于重力等于重力，缓冲时缓冲时缓冲时缓冲时 T Fmg 间越短间越短间越短间越短，则包装件所受的平均冲力则包装件所受的平均冲力则包装件所受的平均冲力则包装件所受的平均冲力越大越大越大越大。 T F 例题例题例题例题 某包装件的质量为，不慎从高度为处落下，缓冲材料提供的缓冲 时间为,问 包装件所受的平均冲力为多大？ 若换成缓冲时间为的缓冲 材料，则包装件所受的平均冲力又是多大？ 解解：58 . 922ghv= 若缓冲时间为,平均冲力为 N1004 . 1 0.05 58 . 9250 8 . 950 t mv mgF 4 T = +=+= 若缓冲时间为时,平均冲力为1s 985N 1 58 . 9250 8 . 950 t mv mgFT= +=+= 可见，缓冲材料变换后，增加了缓冲时间，包装件所受平均冲力减小了一个多数量级。 思考题思考题思考题思考题1 1 1 1 缓冲包装对防震起什么作用？ 5 第二讲第二讲第二讲第二讲 振动方程与防震包装技术振动方程与防震包装技术振动方程与防震包装技术振动方程与防震包装技术 产品包装后形成包装件。从包装出厂到顾客拆除包装，主要经过堆积、运输和装卸三大 过程。其中运输过程主要受振动力作用。克服振动力的影响主要靠防震措施。 运输中所造成的振动十分复杂且具有随机性。 研究表明， 将实际振动简化为简谐振动是 解决问题的基础。 2-12-12-12-1 简谐振动简谐振动简谐振动简谐振动 设包装件上作简谐振动，其振动方程为)cos(+=tAx 其中是简谐振动的固有圆频率，其固有周期为，固有频率为。 2 =T 2 1 = T 其振动速度为)sin(+=tA dt dx v 其振动加速度为)cos( 2 2 2 +=tA dt xd a 最大加速度的大小为 222 max 4A=Aa 根据牛顿第二定律，其受力的大小为maF = 最大受力为 22 maxmax 4mAmaF= 由此可见，包装件受力与振幅成正比，与频率的平方成正比。因此，要保证包装件不至 于受损，除加强包装容器、包装材料的强度外，包装件在运输过程中的振幅和频率是必须考 虑的因素。 振幅的大小与运输途中路面的平整度有关， 而频率的大小取决于运输车辆的速度。 譬如 ， 若允许频率是，假设路面决定了车行进 1m 即振动一次，则车速需要限制在 36km/hHz01 以内。 例题例题例题例题 一车辆运输某包装件，由于路面颠簸，车辆沿竖直方向振动时，如果振动的加速 度超过，包装件就会有受损伤的可能。若车辆竖直振动的频率为，求车 2 99, 0 smHz0 . 1 辆振动的振幅最大允许值是多少？（取 3.14） 解解解解： 设车辆作简谐振动，方程为，振动的加速度)2cos(+=tAx )2cos()2( 2 +=tAa 由，解得最大允许振幅的值Aa 2 max )2(=99. 0A m105 . 2 0) . 1 (2 0.99 )(2 a A 2 22 max = = 练习题练习题练习题练习题 运输某包装件， 当车辆沿竖直方向振动时， 如果振动的加速度不超过， 2 1 sm 包装件就会有受损伤的可能。若车辆竖直振动的频率为，求车辆振动的振幅最大允Hz5 . 1 许值是多少？ （取 3.14） 6 2-22-22-22-2 共振共振共振共振 2-2-12-2-12-2-12-2-1 阻尼振动阻尼振动阻尼振动阻尼振动 振幅随时间而减小的振动称为阻尼振动。 阻尼振动的运动学方程为)cos(e t += tAx 当物体以不太大的速率在粘性介质这运动时，物体受到的阻力与其速率成正比，即 ，是比例系数。式中，。上式可以看成振幅为，vF= 22 0 = 2m = t e A 圆频率为的振动。我们把函数的周期称为阻尼振动的周期，用表示：)cos(+tT 22 0 22 =T 2-2-22-2-22-2-22-2-2 受迫振动受迫振动受迫振动受迫振动 系统在周期性驱动力的作用下所进行的振动，称为受迫振动。)cos(F p +t 在驱动力开始作用时，受迫振动的情况是较为复杂的，但经过不太长的时间后，受迫振 动达到稳定振动状态，其运动方程可表示为 )cos(Ax p +=t 振动的振幅和初相分别由下两式决定： ， 2 p 22 p 2 0 4)( f A + = 2 p 2 0 p 2 tan = 其中。 m F f = 2-2-32-2-32-2-32-2-3 共振共振共振共振 由上左式可见受迫振动的振幅随驱动力的圆频率变化。当与相差较大时，A p p 0 受迫振动振幅较小；而当与接近时，振幅将随之增大；当为某一定值时，振A p 0 A p 幅达到最大值。A 当驱动力的圆频率为某一定值时， 受迫振动的振幅达到极大值的现象称为共振。 共振圆 频率为 22 0r 2= 共振时的振幅 22 0 r 2 f A = 共振现象值得注意，在一般情况下共振是有害的，会引起物体结构很大的变形和应力， 甚至造成破坏性事故。包装件在运输过程中振动是受迫振动，当其频率接近固有频率，即产 生极为激烈的共振，此时的振幅将达到最大，包装件受力也达到最大，最易发生损坏。防共 振措施有：改进包装件的结构，使包装件的固有频率避开驱动力频率；采用减振装置等。 7 极板底衬 粘合剂 绒毛 极板 第三讲第三讲第三讲第三讲 静电场的性质与静电印刷技术静电场的性质与静电印刷技术静电场的性质与静电印刷技术静电场的性质与静电印刷技术 3-13-13-13-1 电场的基本特性电场的基本特性电场的基本特性电场的基本特性 电场的基本特性是对置入其中的任何带电体都有力的作用。 qEF = 我们知道，平行板电容器内部的电场（忽略边缘效应）是匀强电场，两极板间的电势 差为EdEdlU d 0 = 式中 E 是电场强度，d 是两极板之间的间 距，则 d U E = 带电为 q 质量为 m 的粒子， 以速度 v 从一端 进入（如图所示） ，粒子受电场力作用，其 的运动轨迹是抛物线。 3-23-23-23-2 静电印刷的物理原理静电印刷的物理原理静电印刷的物理原理静电印刷的物理原理 3-2-13-2-13-2-13-2-1 静电植绒印刷静电植绒印刷静电植绒印刷静电植绒印刷 静电植绒印刷是指将涂有粘合剂的底衬置于静电场中， 在静电场的作用下， 将经过预处 理的绒毛高速直立地植入粘合层， 从而形成高高凸起的文字或图像的印刷方法。 其基本原理 如图 3-1 所示。 图 3-1 首先用普通印刷的方法在纸张或其他承印材料上印上胶水等粘合剂， 组成图案， 作为底 衬。在两极板之间施以直流电压形成电场，当经预处理的绒毛进入电场，就被电场极化为两 端带有不同电荷的“电偶极子”。由于静电场的作用，使绒毛在电场内沿其长度方向分极飞 散。根据电荷同性相斥，异性相吸的性质，带与底衬异号电荷的绒毛被底衬吸引，将垂直地 插入涂有粘合剂的底衬上。最后，经烘干、清刷和后处理，使粘合剂固化形成牢固的绒毛图 像，就成为美丽的静电植绒印刷品。 喷墨打印机工作的基本原理与静电植绒是相同的， 都是利用带电粒子在静电场中受力产 生偏转，从而达到控制带电粒子轨迹的目的。 qv y o d x U 8 充电 曝光 显影 硒鼓 转印送纸定影 删除 硒 鼓 字（图） 纸 转印电极（正电极） 带正电的纸 硒鼓 带负电的墨粉 带正电的“静电潜像” 排列 3-2-23-2-23-2-23-2-2 静电复印的物理原理静电复印的物理原理静电复印的物理原理静电复印的物理原理 静电复印可以迅速、方便地把图书、资料、文件复印下来。静电复印机的中心部件是一 个可以旋转的接地的铝质圆柱体，表面镀一层半导体硒，叫做硒鼓。半导体硒有特殊的光电 性质，没有光照射时是很好的绝缘体，能保持电荷；受到光的照射立即变成导体，将所带的 电荷导走。 复印每一页材料都要经过充电、曝光、显影、转印等几个步骤。这几个步骤是在硒鼓转 动一周的过程中一次完成的。 1 1 1 1 充电充电充电充电：由电源使硒鼓表面带正电荷。 2 2 2 2 曝光曝光曝光曝光：利用光学系统将原稿上的字迹的像成在硒鼓上（如图 3-2a） 。硒鼓上字迹的像 是没有光照射的地方，保持着正电荷，其他地方受到了光的照射，正电荷被导走。这样，在 硒鼓上留下了字迹的“静电潜像”。这个像看不到，所以称为“潜像”。 3 3 3 3 显影显影显影显影：带负电的墨粉被带正电的“静电潜像”吸引，并吸附在“静电潜像”上（见图 3-2b） ，显出墨粉组成的字迹。 4 4 4 4 转印转印转印转印：带正电的转印电极（见图 3-2c）使传输纸机构送来的白纸带正电荷；带正电的 白纸与硒鼓表面组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸到白纸上。此后，吸附了墨粉的纸送入 定影区，墨粉在高温下溶化浸入纸中，形成牢固的字迹。硒鼓则经过清除表明残留的墨粉和 电荷，准备复印下一张材料。 （图 3-2a、b、c）表示了复印的全过程。 图 3-2b图 3-2a 图 3-2c 思考题思考题思考题思考题 1 1 1 1 静电场有何基本性质？ 2 2 2 2 静电复印要经过那几个步骤？各个步骤各起什么作用？ 3 3 3 3 喷墨打印机工作的基本原理是怎样的？ 4 4 4 4 静电植绒印刷的物理原理是怎样的？ 9 第四讲第四讲第四讲第四讲 压电效应与电喷墨成像技术压电效应与电喷墨成像技术压电效应与电喷墨成像技术压电效应与电喷墨成像技术 4-14-14-14-1 电介质的极化电介质的极化电介质的极化电介质的极化 电介质中每个分子都是由许多正负电荷的粒子组成。 这些正负电荷彼此束缚较紧密， 在 没有外电场作用时，由于热运动，正负电荷的分布杂乱无章，电介质整体呈电中性。 4-1-14-1-14-1-14-1-1 电介质的极化电介质的极化电介质的极化电介质的极化 1 1 1 1 电介质的极化电介质的极化电介质的极化电介质的极化 在外电场作用下，沿外电场方向的表面出现正、负电荷的现象。 2 2 2 2 极化电荷极化电荷极化电荷极化电荷 电介质由于极化而出现的电荷。 4-1-24-1-24-1-24-1-2 铁电体铁电体铁电体铁电体 1 1 1 1 什么是铁电体什么是铁电体什么是铁电体什么是铁电体 具有以下特性的电介质称为铁电体铁电体。 非线性特性非线性特性：在很弱的外电场作用下，会有很 强的极化。 各向异性各向异性：极化时，表现出各向异性； 电滞特性电滞特性：外电场撤去后，仍有剩余极化。 铁电体的用途举例铁电体的用途举例铁电体的用途举例铁电体的用途举例 利用铁电体铁电体的非线性特性，可以制成非线性电容。 利用铁电体铁电体的电滞特性，可以制成计算机中的记忆元件。 4-24-24-24-2 压电效应压电效应压电效应压电效应 1906 年，居里兄弟皮埃尔 （PCurie） 与杰克斯 （JCurie） 发现压电效应 （piezoelectriceffect）。 起先，皮埃尔致力于压电现象（pyroelectriceffect）与晶体对称性关系的研究，后来兄弟俩发 现， 在某一类晶体中施以压力会有极化现象产生。 利用压电效应制作的压电驱动器具有精确 控制的功能，是现代印刷、精密机械、微电子和生物工程等领域的重要器件。 1 1 1 1 压电效应压电效应压电效应压电效应 没有外电场作用，仅由形变而产生的极化现象。即对压电材料施加压力，它便会产生电 压（称之为正压电效应）。如果压力是一种高频振动，则产生的就是高频电压。 图 4 压电效应产生机理示意图 当在晶体上沿某一方向（图中简化为竖直方向）施加压力时，如图所示，晶体因形状变 化而导致正、负电荷的等效中心不再重合，电偶极矩发生变化，导致晶体表面带电。此外， 如果沿某一方向拉伸晶体， 同样会使晶体表面带电， 但表面电荷的电性与压缩时的带电性相 反。 压电晶体除受到压力或拉力的作用会产生压电效应以外，受到剪切力也会引起压电效 应。 10 2 2 2 2 逆压电缩效应逆压电缩效应逆压电缩效应逆压电缩效应 晶体由于外电场的作用，而发生的机械形变。即对压电材料施加电压，则产生机械应力 （称为逆压电效应或电致伸缩）。如果高频电信号加在压电陶瓷上时， 则产生高频声信号 （机 械振动） 。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。 压电晶体处于电场作用下时，晶体内部的正、负电荷的等效中心将发生位移，而这种位 移将引起晶体发生变形，这就是压电效应的逆效应电致伸缩。 压电晶体在外电场的作用下不仅会发生拉伸变形也会发生剪切变形。 3 3 3 3 压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷压电陶瓷 压电陶瓷实际上是一种经过极化处理的、具有压电效应的铁电陶瓷。 压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动， 并将 极其微弱的机械振动转换成电信号。利用压电陶瓷的这一特性，可应用于声纳系统、气象探 测、遥测环境保护、家用电器等方面。 4 4 4 4 应用举例应用举例应用举例应用举例 压电效应已被广泛应用于近代科学、生产技术。例如： 晶体振荡器压力（机械振荡） 电振荡（例：石英钟） 由于晶体振荡器频率的稳定度很高，所以被广泛应用于通讯、精密电子设备、小型计算 机、微处理机中。利用这种振荡制造的石英钟，每天计时误差可以小到 10-5s 量级。 电声转换器声振荡（机械振荡） 电振荡（例：电唱头） 电振荡 声振荡（机械振荡） （例：B 超声波） 压力传感器压力（非电学量） 电学量(例：电子秤) 由于利用压电效应原理制成的压电式传感器具有体积小、重量轻、工作频带宽等特点， 因而压电式传感器广泛应用在声学、计时仪器中，在各种动态、机械与振动，在机床测力仪 测试系统和火箭发射架的复杂测力系统中。 4-34-34-34-3 压电喷墨压电喷墨压电喷墨压电喷墨 压电喷墨成像系统就是利用逆压电效应进行工作的。 其中晶体剪切变形的电致伸缩更具 实用价值。 压电喷墨依压电陶瓷材料变形模式不同而分为三种：弯曲、推压和剪切。 1 1 1 1 弯曲模式压电喷墨弯曲模式压电喷墨弯曲模式压电喷墨弯曲模式压电喷墨 将压电板与起传递作用的膜片紧密相连， 组成双层结构的电子机械传感器， 即压电传感 器。其两端固定，则在外电场的作用下，由于压缩和拉伸效应，压电传感器只能发生弯曲变 形，并压迫膜片变形，墨水受膜片挤压在喷口形成墨滴喷出。 2 2 2 2 推压喷墨模式推压喷墨模式推压喷墨模式推压喷墨模式 将压电棒一端固定，另一端是自由端，装有传感器。在外电场的作用下，压电棒产生伸 长变形，而推压传感器底座，传感器底座将推力传递给膜片，再由膜片挤压墨水，在喷口处 形成墨滴喷出。 3 3 3 3 剪切喷墨模式剪切喷墨模式剪切喷墨模式剪切喷墨模式 剪切喷墨模式是压电板受垂直于极化方向的外电场作用， 而产生剪切变形， 这种变形对 墨水产生正压力，从而实现墨滴喷射。 填空题填空题填空题填空题 1 1 1 1 利用铁电体的（）特性，可以制成计算机中的记忆元件。 思考题思考题思考题思考题 1 1 1 1 压电陶瓷具有何种功能？ 2 2 2 2 压电喷墨依压电陶瓷材料变形模式而分为哪几种？ 11 第五讲第五讲第五讲第五讲 磁介质的性质与磁介质的性质与磁介质的性质与磁介质的性质与磁性印刷磁性印刷磁性印刷磁性印刷技术技术技术技术 一切物质都是磁介质。 按磁介质被磁化后所产生的附加磁场的强弱不同， 我们把磁介质 分为弱磁质和强磁质。弱磁质分为顺磁质与抗磁质，其共同特点是相对磁导率。我1 r 们感兴趣的是强磁质(又称铁磁质)。 5-15-1 强磁质强磁质强磁质强磁质 磁化质后在介质内产生很强的附加磁场且附加磁场与原磁场方向相同的磁介质称为强强强强 磁质磁质磁质磁质。即1，可达 102105。因此强磁质磁化后的磁场，即。 r 0 BB 铁磁质磁化后之所以会有如此强的磁性，是因为它有着弱磁质所没有的磁畴结构。 1.1.1.1.磁畴磁畴磁畴磁畴 铁磁质中各原子磁矩排列很整齐的磁性很强的微小区域。 虽然每个磁畴具有很强的磁性， 但各个磁畴排列的方向是无规则的， 所以铁磁质在无外 磁场时整体上不显磁性。 2 2 2 2 铁磁质的磁化机制铁磁质的磁化机制铁磁质的磁化机制铁磁质的磁化机制 在外磁场的作用下，磁畴沿外磁场方向排列，从而形成很强的磁 性。 3 3 3 3 铁磁质的宏观性质铁磁质的宏观性质铁磁质的宏观性质铁磁质的宏观性质 能产生很强的附加磁场。值达几百甚至几千以上。例，坡莫合金。 r 5 10 r 磁导率不是常量，随磁场变化有复杂的函数关系。 起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线 磁介质开始磁化初期，磁场随外磁场增加而增加，但不是线性关系，磁 化到一定程度时，磁场几乎不再增加，即存在“饱和磁感应强度”。所谓“饱和磁感应强度” 实质上是磁介质中所有磁畴的磁矩方向都已转向外磁场方向， 所以即使再增加外磁场也不会 增加磁化强度了。 磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线 磁化后的磁介质，当外磁场减小时，磁感应强度并不言初始磁化曲线返回， 而是减小的比外磁场慢，即当外磁场减小到零时，仍保持一定的磁性，称为磁滞。若要想让 磁化减小到零， 则必须加以反向外磁场， 从外磁场为零到把磁介质中的磁感应强度减小到零 所加的外磁场称为“矫顽力”。继续增加反向磁场，则磁介质反向磁化，如此循环，形成不 合曲线。这种磁介质磁化过程中形成的闭合曲线称为额磁滞曲线。 存在磁滞存在磁滞存在磁滞存在磁滞。 磁滞磁滞磁滞磁滞： 即前面所述的外磁场撤出后磁介质仍保留部分磁性的性质。 它表明了铁磁质磁化 过程的不可逆性，即存在剩磁。 矫顽力矫顽力矫顽力矫顽力：即前面所讲的使磁介质的剩磁减小到零所需加的反向磁场。 存在居里点。存在居里点。存在居里点。存在居里点。 居里点居里点居里点居里点：铁磁质转化为顺磁质时的临界温度。 从实验可知，铁磁质的磁化与温度有关。随着温度的升高，它的磁化能力逐渐减小。当 温度升高到某一数值时，铁磁质转变为顺磁质，这个温度称为居里点。例，镍的居里点是 631K， 铁的居里点是1043K，78坡莫合金的居里点是580K，30坡莫合金的居里点是343K。 4 4 4 4 铁磁材料的分类铁磁材料的分类铁磁材料的分类铁磁材料的分类 根据强磁质的磁滞特性差异，可将强磁质分为： 软磁材料：矫顽力小，易去磁。例如电磁铁就是用软磁材料制造的。 硬磁材料：矫顽力大，即剩磁大，不易去磁。例如作永久磁铁的材料就是硬磁材料。 矩磁材料：磁滞现象特别显著，磁滞回线基本上呈矩形。可以用来制造计算机中的 记忆元件。 12 5-25-25-25-2 磁记录原理磁记录原理磁记录原理磁记录原理 利用铁磁材料的磁滞特性和电磁感应规律记录 （声音、 图像或数字等） 信息称为磁记录。 通常，把铁磁材料制成粉末状，用粘接剂涂敷在特制的带和圆盘的表面即制成所谓磁 带和磁盘，还有计算机中的内存贮器的磁芯等，都是模拟信号或数字信号磁记录元件。 例如：录音或录像时，需要一个记录磁头，它是一个具有微小气隙的电磁铁，工作时， 使磁带靠近磁头的气隙走过， 磁头的线圈内通入有声音或图像转成的电信号， 即强弱和频率 都随时间变化的电流。 这个电流使铁芯的磁化状态及气隙中的磁场同步变化。 这个变化着的 磁场将使磁带或磁盘上磁粉的磁化状态发生响应变化。 当磁带离开磁头后， 磁粉剩磁的强弱 分布对应输入磁头的电流信号。于是，把信号记录在磁带上。 放音或放像时，让已录有信号的磁带或磁盘在磁头的气隙下面通过。磁带或磁盘上磁 粉剩磁的强弱将引起磁头中线圈铁芯内磁通的变化。 这个变化的磁通在线圈内产生同步变化 的感应电流。将此电流放大再经过电声或电像转换，就可获得原来的声音或图像。 要想已记录的声音或图像抹去，只要在磁带或磁盘通过时，在磁头内通入等幅变化的 电流即可。 纳米材料在磁记录方面的应用纳米材料在磁记录方面的应用纳米材料在磁记录方面的应用纳米材料在磁记录方面的应用 纳米磁性材料的发展为实现记录材料高性能化和记录 高密度化创造了条件。例如每 1cm2需要记录 1000 万条以上的信息，这就要求每条信息记录 在几个微米，甚至更小的面积内。纳米微粒能为这种高密度记录提供有利条件。磁性纳米微 粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高，用它制成磁记录材料可提高信噪比，改善图 像质量。纳米微粉录像带具有图像清晰，信噪比高，失真十分小的优点。 5-35-35-35-3 磁性印刷磁性印刷磁性印刷磁性印刷 磁性印刷是指利用掺入氧化铁粉的磁性油墨进行印刷的方式， 磁性印刷属于磁性记录技 术的范畴。 磁性印刷品是印刷技术和记录技术相结合而产生的记录媒体， 不仅能将数据写在 磁性卡片上，而且能读出，还能在视觉上看到。因此，磁性印刷（磁卡）广泛应用于金融、 信贷、通讯、公交、办公、生产管理各个方面。 5-3-15-3-15-3-15-3-1 磁性油墨磁性油墨磁性油墨磁性油墨 印刷油墨主要由颜料、连接料和附加剂按照一定比例相混合，经过反复研磨、扎制等工 艺后形成的复杂胶体。油墨是印刷的主要材料。颜料是油墨的主要成分，它是一种能反射特 定波长光线的固体粉末状物质。 磁性印刷与普通印刷的主要区别是采取了磁性油墨。 磁性油墨的组成与普通油墨基本相 同，唯所用颜料不是色素，而是强磁质材料。如前所述，强磁质具有磁滞特性，即外磁场撤 出后仍保留部分磁性。 5-3-25-3-25-3-25-3-2 磁性膜磁性膜磁性膜磁性膜 将磁性油墨通过印刷即可得到磁性膜，磁性膜干燥后厚度以 1020为宜。为了满足m 使用要求，印刷时墨层的厚度需要数十甚至上百左右。因此，近代磁卡印刷一般采mm 用凹版印刷或丝网印刷方式。此外，为了提高磁性膜表面的平滑度和耐磨性，印刷后可用合 成树脂进行表面光处理。 5-3-35-3-35-3-35-3-3 磁性印刷的特点磁性印刷的特点磁性印刷的特点磁性印刷的特点 记录用机械部分结构简单，可实现设备的小型化、轻型化，便于携带与使用。 记录材料的物理、化学性能比较稳定，可靠性良好。 记录体便于保存，可在一般环境下保持稳定的性能。 可以反复使用，当磁性消除后，可重新进行录制，经济性好。 思考题思考题思考题思考题 1 1 1 1 磁记录是利用铁磁材料的什么特性与什么物理规律来记录信息的？ 2 2 2 2 磁性印刷与普通印刷的主要区别是什么？3 3 3 3 磁性印刷有哪些特点？ 13 第六讲第六讲第六讲第六讲 电磁波的特征与防虫害包装技术电磁波的特征与防虫害包装技术电磁波的特征与防虫害包装技术电磁波的特征与防虫害包装技术 6-16-16-16-1 电磁波电磁波电磁波电磁波 6-1-16-1-16-1-16-1-1 电磁波的预言和发现电磁波的预言和发现电磁波的预言和发现电磁波的预言和发现 英国物理学家麦克斯韦（Maxwell，18311879）于 1855年发表了论法拉第力线 ， 提出了“涡旋电场”的假设；1862 年发表了论物理学的力线 ，提出了 “位移电流”假 设。1865 年， 麦克斯韦发表了 电磁场动力学 ， 总结出一组描述电磁现象的完整的方程 麦克斯韦方程组。预言了电磁波的存在。 德国物理学家赫兹（Hertz，18571894）在 1885 年至 1888 年作了一系列实验，终于 发现了电磁波，从而证实了麦克斯韦电磁理论的正确性。 6-1-26-1-26-1-26-1-2 电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱 按照电磁波的波长（或频率）的大小排成的秩序，称为电磁波谱。电磁波谱范围很广， 其频率（或波长）跨越了从宇宙射线到无线电波二十几个数量级： 760nm760nm760nm760nm400nm400nm400nm400nm 可见光可见光 红外线红外线紫外线紫外线 X X X X射线射线 长 波 无 线 电长 波 无 线 电 波波 6 10 10 10 14 10 18 10 22 10 2 10 4 10 8 10 12 10 16 10 20 10 24 10 0 10 频率频率 Hz 16 10 8 10 波长波长m4 10 4 10 0 10 8 10 12 10 短波 无 线电短波 无 线电 波波 射射 线线 电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱 电磁波按波长或频率排列电磁波按波长或频率排列电磁波按波长或频率排列电磁波按波长或频率排列 的谱线的谱线的谱线的谱线。 无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、x 射线、射线、宇宙射线都是电磁波， 只是由于它们的频率（或波长）不同，而呈现不同的特征。 6-1-36-1-36-1-36-1-3 不同波段电磁波的特征不同波段电磁波的特征不同波段电磁波的特征不同波段电磁波的特征 1 1 1 1 微波微波微波微波的频率为 300300000MHz，也称为超高频电磁波。其波长为 0.001m1m左右， 与水、脂肪等物质分子的尺度相近。 2 2 2 2 红外线红外线红外线红外线是光谱中波长自 6105nm 到 760nm 的一段电磁波，红外线是不可见光线。所 有高于绝对零度（-273.15）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。 红外线由英德国科学家霍胥尔于 1800 年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜 分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。 结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧 必定存在看不见的光线，这就是红外线。 近红外线或称短波红外线，波长 0.761.5 微米，穿入人体组织较深,约 510 毫米；远 红外线或称长波红外线，波长 1.5400 微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于 2 毫 米。 红外线的特性红外线的特性红外线的特性红外线的特性 热效应：一切物体都在不停的辐射红外线。物体的温度越高，辐射的红外线就越多。 红外线照射到物体上最明显的效果就是产生热。 14 穿透能力很强。波长较长，易于衍射。 3 3 3 3 紫外线紫外线紫外线紫外线 是波长在 400nm 到 5nm 的电磁波，即可见光紫端到 X 射线间的辐射。 1801 年德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底 片感光，因而发现了紫外线的存在。 紫外线有化学作用紫外线有化学作用紫外线有化学作用紫外线有化学作用 能使照相底片感光，荧光作用强。日光灯、各种荧光灯和农业上用 来诱杀害虫的黑光灯都是用紫外线激发荧光物质发光的。 紫外线还有生理作用紫外线还有生理作用紫外线还有生理作用紫外线还有生理作用，能杀菌、消毒、治疗皮肤病和软骨病等。 紫外线的灭菌作用 细菌中的脱氧核糖核酸 (DNA)、核糖核酸（RNA）和核蛋白的吸收 紫外线的最强峰在 254257nm。细菌吸收紫外线后，引起 DNA 链断裂，造成核酸和蛋白 的交联破裂，杀灭核酸的生物活性，致细菌死亡。 4 4 4 4 X X X X 射线射线射线射线 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 埃范围内的称软 X 射线。 X 射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料、铝板等 。 X X X X 射线的应用射线的应用射线的应用射线的应用 各元素的特征 X 射线的波长不同，正如指纹作为人的特征一样，特征 X 射线可用来作为元素的“指纹”。因此通过对 X 射线的测量可以进行材料成分分析。医院中 透视、拍片，工业上探伤等。 5 5 5 5射线射线射线射线 是波长范围在 310-1210-14m 之间的电磁波。首先由法国科学家P.V.维拉德 发现，是继、射线后发现的第三种原子核射线。 射线是一种强电磁波，具有极强的穿透本领。有机体受到射线照射时，射线 可以进入到生物体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂 的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们 遭到破坏，就会导致有机体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。 6-26-26-26-2 电磁辐射防虫害包装技术电磁辐射防虫害包装技术电磁辐射防虫害包装技术电磁辐射防虫害包装技术 电磁辐射防虫害包装技术，是通过电磁波（电磁辐射）作用于害虫的机体，破坏害虫的 生理机能和机体结构，劣化害虫的生活条件，促使害虫死亡或抑制害虫繁殖，以达到防虫害 的目的。 不同波长的电磁波具有不同的性能，其中不乏防虫害作用。 1 1 1 1 微波微波微波微波 微波杀虫是在高频的电磁场作用下，虫体内的水分、脂肪等物质受到微波的作 用，其分子发生振动，分子之间产生剧烈的摩擦，生成大量的热能，使虫体内部温度迅速上 升，可达 60以上，因而致死。微波杀虫具有处理时间短、杀虫效力高、无残害、无药害 等优点。但是微波对人体健康有一定影响，可以引起贫血、嗜（sh）睡、神经衰弱、记忆 力减退等病症，因此操作人员不要进入有害剂量（150MHz 以上）的微波范围，或采取必要 的防护措施。 2 2 2 2 远红外线远红外线远红外线远红外线 远红外线有较强的渗透力和辐射力， 具有显著的温控效应和共振效应 ， 它易被物体吸收并转化为物体的内能。远红外的作用与微波相似，主要是能迅速干燥储 藏物品和直接杀死害虫，是一种有效的防治害虫的包装技术方法。 3 3 3 3 电离辐射防虫害包装技术电离辐射防虫害包装技术电离辐射防虫害包装技术电离辐射防虫害包装技术 能量通过空间传递称为辐射，射线使照射的物质产生电离作用称为电离辐射。利用 X 射线、射线、快中子等的杀伤能力使害虫死亡或者不孕，从而达到防虫害的目的称为电离 辐射防虫害包装技术。快中子与 X 射线、射线的作用相同，但其生物效应比 X 射线和 射线高的多。 选择题选择题选择题选择题1 1 1 1 现代物理学称之为热射线的是（）A.A.A.A.红外线；B.B.B.B.紫外线；C.C.C.C.X 射线；D.D.D.D.射线。 思考题思考题思考题思考题 1 1 1 1 电离辐射防虫害包装技术是如何达到防虫害的目的的？ 15 第七讲第七讲第七讲第七讲 电磁波的性质与防霉腐包装技术电磁波的性质与防霉腐包装技术电磁波的性质与防霉腐包装技术电磁波的性质与防霉腐包装技术 商品在流通过程中， 要经过许多环节。 在商品流通的各环节都有可能被霉腐微生物污染 ， 如果周围有适宜的环境条件，商品就会发生霉腐。因此为了保护商品安全通过储存、流通、 销售等各个环节， 必须对容易霉腐的商品进行防霉腐包装。 电磁波辐射技术是防霉腐包装技 术之一。 不同波长的电磁波具有不同的性能，其中不乏杀菌作用。 1 1 1 1 微波微波微波微波 微波是波长介于无线电波和红外线之间的电磁波。含水和脂肪成分多的物体容 易吸收微波的能量，吸收后转变为热能。微波的杀菌机理是微生物在高频电磁场的作用下， 吸收微波能量后， 一方面转变为热量而杀菌， 另一方面菌体的水分和脂肪等物质受到微波的 作用，它们的分子间发生振动摩擦而使细胞内部受损伤而产生热能，促使菌体死亡。微波产 生的热能在内部，所以热能利用率高，加热时间短，加热均匀。 2 2 2 2 远红外线远红外线远红外线远红外线它是介于红外线和微波之间的电磁波，人眼看不见。其杀菌机理主要是其 光辐射和产生的高温使菌体迅速脱水干燥而死亡。 3 3 3 3 紫外线紫外线紫外线紫外线 人眼看不见紫外线。炽热的物体温度很高时（例如太阳） ，就会辐射紫外线。 汞灯光也中有大量的紫外线，紫外线有明显的生理作用，可用来杀菌。日光杀菌的主要因素 就是紫外线。紫外线穿透力很弱，只能杀死商品表面的霉腐微生物。含有脂肪或蛋白质的食 品经紫外线照射后会产生臭味或变色， 不宜有紫外线照射杀菌。 紫外线一般是用来处理包装 容器（或材料）以及非食品类的被包装物品，将这些需要杀菌的对象在一定距离内经紫外线 照射一定时间即杀死商品表面和容器表面的霉腐微生物，再进行包装则可延长包装有效期。 4 4 4 4射线射线射线射线 用射线照射属于电离辐射防霉腐包装，与射线性能相近还有射线射线射线射线， 射线是高速电子流。包装的商品经过电离辐射后即完成了消毒灭菌作用。经照射后，如果不 再污染，配合冷藏条件，小剂量辐射能延长保存数周到数月。大剂量辐射可彻底灭菌，长期 保存。 电离辐射的直接作用是当辐射线通过微生物时能使微生物内部成分分解而引起诱变或 死亡。 其间接作用是使水分子离解成为自由基， 自由基与液体中溶解的氧作用产生强氧化基 团，此基团使微生物酶蛋白的SH 基氧化，酶失去活性，因而使其诱变而死亡。射线可杀 菌灭虫，照射不会引起物体升温，故称其为冷杀菌。 另外，高频电场高频电场高频电场高频电场 也有杀菌作用。 高频电场的杀菌机理是含水分高的商品和微生物能 “吸 收”高频电能转变为热能而杀菌。只要商品和商品上的微生物有足够的水分，同时又有一定 强度的高频电场，消毒瞬间即可完成。 思考题思考题思考题思考题 1 1 1 1 不同波长的电磁波各具有什么杀菌作用？ 选择题选择题选择题选择题1 1 1 1（）称为冷杀菌。A.A.A.A.红外线；B.B.B.B.微波；C.C.C.C.电离辐射；D.D.D.D.高频电场。 * * * *第八讲第八讲第八讲第八讲 电磁波的性质与电磁波的性质与电磁波的性质与电磁波的性质与“图像变换器图像变换器图像变换器图像变换器” 红外线红外线红外线红外线是波长比红光波长更长的电磁波， 人眼看不见。 红外线主要是炽热物体辐射出来 的。普通的白炽灯除辐射大量的可见光以外，还辐射大量的红外线，它的主要性质是热效应 显著，并能通过浓雾或较厚的气层而不易被吸收。 红外线人眼看不见，但可通过特制的透镜（或棱镜）成像（或色散） ，再使用特制的底 片感光，通过“图像变换器”转变成可见的像。红外照相就是按此原理制成的。 另外，紫外线紫外线紫外线紫外线会引起化学反应，使照相底片感光，把照相底片冲洗出来，就过程可见的 像。 16 第九讲第九讲第九讲第九讲 干涉原理与全息印刷技术干涉原理与全息印刷技术干涉原理与全息印刷技术干涉原理与全息印刷技术 9-19-19-19-1 干涉原理干涉原理干涉原理干涉原理 波的干涉波的干涉波的干涉波的干涉： 两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定或相位相同的波源发出的两列 波，在它们相遇的区域内，某些点处的振动始终加强，而在另一些点处的振动始终减弱，这 一现象成为波的干涉现象。 若是光波，则在振动始终加强处呈现明纹，在振动始终减弱处呈现暗纹。 9-1-19-1-19-1-19-1-1 发光机制发光机制发光机制发光机制 1 1 1 1 能级能级能级能级：根据量子理论，分子或原子的能量只能具有一系列不连续的数值，这些数值称 为能级。 2 2 2 2 普通光源的发光机制普通光源的发光机制普通光源的发光机制普通