物质-场的建立与破坏的第一类标准解

为了得到期望的结果或者消除一个不期望的结果而修改一个系统。这里对系统不改变或做少量的改变。这类标准解包含完善一个不完整模型的必要解决方法（在物质-场模型中，一个不完整模型是没有S₁、S₂和F，或者是F的作用不充分）。

1.建立物质-场模型

（1）完善一个不完整物质-场模型 在建立物质-场模型时，如果发现仅有一种物质S₁，那么就要增加第二种物质S₂和一种相互作用场F，只有这样才可以使系统具备必要的功能。

【例7-1】用锤子（S₂）钉钉子（S₁）。作为一个完整的系统，必须有锤子、钉子和锤子作用于钉子上的机械场（F_Me），才能实现钉钉子的功能。

（2）向内部复杂物质-场跃迁 如果系统中已有的对象无法按需改变，可以在S₁或者S₂中引入一种永久的或者临时的内部添加物（S₃），帮助系统实现功能。

【例7-2】喷漆时，在油漆（S₂）中添加稀料（S₃）。

【例7-3】在人工心肺机（S₂）中血液（S₁）凝固是一个要解决的问题，通过增加肝素（S₃）来减少血液凝固。

【例7-4】在混凝土中添加疏松的炉渣（S₃），使其与水泥（S₁）、砂石（S₂）混合，可降低混凝土密度，如图7-3所示。

图7-3 混凝土掺杂模型

（3）向外部复杂物质-场跃迁 在与（2）相同的情况下，也可以在S₁或者S₂的外部引入一种永久的或者临时的外部添加物（S₃）。

【例7-5】可以通过在滑雪橇（S₂）上涂蜡（S₃），来改善滑雪橇和雪（S₁）所组成的技术系统的功能，如图7-4所示。

（4）向环境物质-场跃迁 在与（2）相同的情况下，如果不允许在物质的内部引入添加物，可以利用环境中的已有资源（ER）实现需要的变化。

图7-4 滑雪板模型

【例7-6】航道中的浮标（S₂）标记（S₁）摇摆得太厉害，可以利用海水（ER）作为镇重物，如图7-5所示。

（5）通过改变环境向物质-场跃迁 在与（2）相同的情况下，如果不允许在物质的内部或外部引入添加物，可以通过在环境（E）中引入添加物来解决问题。

图7-5 浮标模型

【例7-7】办公室（S₁）中的计算机设备（S₂）发热量较大，造成室温增加。可以利用办公室内的空调（E），较好地调节室温。

【例7-8】患感冒的人用嘴（S₁）代替鼻子来呼吸。因为空气从口进入肺部的路径比较短，而空气不够潮湿，除了感冒，病人的喉咙（S₂）也会变得干燥！通过加湿房间里的空气，增加水分（E）来改变环境。

（6）向具有物质最小作用的物质-场跃迁 有时候很难精确地达到需要的量，通过多施加需要的物质，把多余的部分去掉。

【例7-9】在注射时使流动的塑料（S₂）精确地充满一个模具（S₁）空腔是困难的，在合适的位置留一个冒口（S₃），使空腔内的空气流出，同时也使一部分塑料流出，之后再将其去掉，如图7-6所示。

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图7-6 模具冒口模型

【例7-10】人们在一个方框中倒入混凝土（S₁），很难用抹子（S₂）直接做出一个很平的表面，如果把混凝土加满方框并超出一部分，那么去掉多余部分的过程中，人们就不难抹出一个比较理想的平面。

（7）向具有施加于物质最大作用的物质-场跃迁 如果由于各种原因不允许达到要求作用的最大化，那么让最大化的作用通过另一个物质（S₂）传递（S₁）。

【例7-11】蒸锅不能直接放到火焰上来蒸煮食物（S₁），但是可以在蒸锅（S₂）里加水（S₃），利用火焰来加热蒸锅里的水，再通过水把热量（F_Th）传递给食物。因为加热食物的温度不可能超过水的沸点，所以不会烧焦食物。

（8）引入保护性物质 系统中同时需要很强的场和弱的场，那么在给系统施以很强的场的同时，在需要较弱场作用的地方引入物质S₃，从而起到保护作用。

【例7-12】用电焊机（S₂）焊接的过程中使用散热片（S₃）来保护受高温而可能损坏的元件（S₁）。

【例7-13】用火焰给小玻璃药瓶封口，因为火焰（S₂）的热量很高，因而会使药瓶内的药物（S₁）分解，但是，如果将药瓶中盛放药物的部分放在水（S₃）里，就可以使药的温度保持在安全的温度范围之内，免受破坏。

2.物质-场模型的破坏，消除或抵消系统内的有害作用

（1）通过引入外部物质消除有害关系 当前系统中同时存在有用的、有害的作用，此时如果无法限制S₁和S₂接触，可以在S₁和S₂之间引入S₃，从而消除有害作用。

【例7-14】医生需要用手（S₂）在病人身体（S₁）上做外科手术，手有可能对病人的身体带来细菌感染，戴上一双无菌手套（S₃）就可以消除细菌带来的有害作用，如图7-7所示。

图7-7 无菌手套模型

（2）通过改变现有物质来消除有害关系 同（1），但是不允许引入新的物质S₃，此时可以改变S₁或S₂来消除有害作用，如利用空穴、真空、空气、气泡和泡沫等，或者加入一种场，这个场可以实现所需添加物质的作用。

【例7-15】为了将两个工件装配在一起，将内部工件（S₂）冷却并使其收缩，之后将两个工件装配，然后在自然条件下让其膨胀。

（3）通过消除场的有害作用消除有害关系 如果某个场对物质S₁产生了有害作用，可以引入物质S₃来吸收有害作用。

【例7-16】电子零部件（S₂）所散发出的热量（F_Th）将使其安装该部件的电路板（S₁）变形，在该部件下放一个散热器（S₃）吸收热量并将热量传递到空气中。

【例7-17】为了消除太阳（S₂）的电磁辐射（F）对人体（S₁）的有害作用，可以在皮肤的暴露部分涂上防晒霜（S₃）。

（4）采用场抵消有害关系 如果系统中同时存在有用作用和有害作用，而且S₁和S₂必须直接接触，这个时候，通过引入F₂来抵消F₁的有害作用，或将有害作用转换为有用作用。

【例7-18】在脚腱拉伤后必须固定起来，绷带（S₂）作用于脚（S₁）起到固定的作用（机械场F_Me），如果肌肉长期不用将会萎缩，造成有害作用。为防止肌肉的萎缩，在物理治疗阶段向肌肉加入一个脉冲的电场（F_E）。

【例7-19】水泵工作时产生噪声，水是S₁，泵是S₂，场是机械场F_Me，引入一个与所产生的噪声场相差180°的声学场（F_S）来抵消噪声。

（5）采用场来“关闭”磁力键 系统内某部分的磁性质可能导致有害作用，此时可以通过加热，使这一部分处于居里点以上，从而消除磁性，或者引入一种相反的磁场。

【例7-20】让带铁磁介质的研磨颗粒（S₂），在旋转磁场（F_M）的作用下打磨工件的内表面，如果是铁磁材料的工件（S₁），其本身对磁场的响应会影响加工过程。解决方案是提前将工件加热到居里点温度以上。