第十三章 电磁现象

在漫威的《X战警》里面有一个大boss，叫做万磁王，可以控制磁场什么的。这种人物设定我们就不去管它了，毕竟是文艺作品。不过，人类确实是很早就认识磁性了。物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。那具有磁性的物体呢，就叫做磁体了。有些物体能够长期保存磁性，这样的物体叫做永磁体。永磁体分为天然的和人造的。当然啦，现在生产生活中用到的永磁铁绝大多数都是人造的。地球本身就是一个巨大的磁体。

磁体上磁性最强的两个部位叫做磁极。比如说常见的条形磁铁，它的磁极就在两端。如果你把一根条形磁铁从正中间用细线吊起来，静止后它的一段指向南方，一段指向北方。指向南方的那个磁极叫做南极，用S表示。而指向北方的那个磁极叫做北极，用N表示。你看，这就是指南针的工作原理。指南针就是一个磁体。前面我们说了，地球就是一个巨大的磁体，地球的地磁南极在地理北极附近。地磁北极在地理南极附近。而且地磁的磁极点和地理的南北极点是不重合的。

以前我们说电荷的时候说过，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。在磁极这里，也有类似的规律。那就是同名磁极相互推斥，异名磁极相互吸引。我们可以简单记成同极相斥、异极相吸。

有些物体本来没有磁性，但是在磁体或者电流的作用下具有了磁性。这种使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫做磁化。物体被磁化后还可以消磁。喜欢军事的朋友可能会看过这样的照片，一艘军舰停泊在码头，军舰上很规则的绕着很多圈电缆，这就是在对军舰做消磁处理。军舰在建造时大量采用钢铁材料，在航行的过程中会被地球的磁场磁化，这样军舰舰体的磁性就变强了，这样就容易被敌方的磁探测设备发现，所以军舰在航行一段时间后都要做消磁处理。

磁体周围的空间存在着磁场。这是一种看不见摸不着的物质，能使磁针偏转。人们用磁感线来形象地描述磁场。磁铁周围的磁感线都是从磁铁的北极出来，回到磁铁的南极。你可以想象一下，万磁王左手写着N，右手写着S，然后一条条弧线从左手发出，又钻进他的右手里。当然啦，这只是一个形象说明而已啦。

前面我们说到磁化的时候，说了这样一句，“有些物体本来没有磁性，但是在磁体或者电流的作用下具有了磁性”，这句话里面，磁体的作用还好理解，电流的作用是怎么回事呢？我们先说一个名词，电磁铁。这个词你不熟悉吗？那么电磁起重机呢？电影赛车总动员2里面出现过，动画片小猪佩奇里面也出现过。一个大大的圆盘子，一通电，嗡的一下，就能把汽车从地上吸起来。这东西何德何能，难道是练成了天龙八部里面萧峰大侠的擒龙功了么？那当然不是。圆盘子里面有一个装置，在通电的时候具有很强的磁性，所以能把汽车吸引过来。这个装置就是电磁铁。

电磁铁的原理说出来其实很简单：通电导线的周围存在磁场。这个是电流的磁场。当导线中的电流被切断时，磁场就没有了。电流磁场的方向与电流的方向有关。通电导线周围存在与电流方向有关的磁场，这种现象叫做电流的磁效应。但是咱们家里的各种电线附近为什么没有明显的磁力呢？俗话说，单丝不成线，孤木不成林。一根电线周围的磁场太弱了。我们都知道，团结的力量大。物理学家们把导线按顺序缠绕在一段铁心上，这种缠绕就像海螺壳上的螺线，所以就叫螺线圈，或者螺线管，然后一通电，嗖的一声，附近的螺丝钉啥的都飞过来了，就像哈利波特喊飞来咒一样快。这是因为各圈导线产生的磁场叠加在一起，这样就变强了很多。像这样内部带铁心的螺线管就叫做电磁铁。在通电的情况下，电磁铁也是具有磁性的。那么，电磁铁的南北极怎么确定呢？用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，那么拇指所指的那端就是通电螺线管的N极。这个叫做安培定则，又叫右手螺旋法则。其实，单根通电导线周围的磁力线也可以用这个法则来判断，不过物理课本上已经不提了。那电磁铁的磁性和哪些因素有关呢？通过螺线管的电流越强，磁性越强。通电螺线管的匝数越多，也就是缠绕的圈数越多，磁性越强。但是一定要记住，导线要同方向缠绕。

前面说了，通电导线的周围存在与电流方向有关的磁场，那么，通电导体在别的磁场里是不是会受到力的作用呢？答案是肯定的。电动机和扬声器就是这样工作的。

前面说的这一大段话，如果概括成三个字，那就是电生磁。你看，通电了，周围产生了磁场。那么反过来呢？磁生电，有没有这个可能呢？当然有啦。

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流。这种由于导体在磁场中运动而产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。发电机就是用这个原理工作的。发电机发电是能量转化的过程，是把动能转化为电能。这一块知识在初中阶段只是了解就可以，不会做太深入的要求。

说完了电生磁，磁生电，我们再来看一个名词，电磁波。初中阶段不深入介绍电磁波的本质，只是稍微介绍一下。电磁波可以在真空中传播。我们用耳朵听到的声音其实是声波，声波的传播需要介质，在真空中是听不见旁边的人说话的。但是电磁波可以在真空中传播。所以，太空中的卫星可以接受和发射电磁波，与地面进行联系。我们前面说过，光可以在真空中传播。因为光也是电磁波。

我们都看过水面上荡起的涟漪，当水面被敲打的时候，会有一圈圈水波扩散出去。水面最高的地方是波峰，最低的地方是波谷。不只是水波，波都是有波峰和波谷的。相邻两个波峰或者波谷的距离叫做波长。波长的单位是米。在某确定位置，1秒钟有多少波峰或者波谷通过，波的频率就是多少，所以频率的单位是“/秒”，读作每秒。用来描述波传播快慢的物理量叫做波速。真空中电磁波的波速为c，也就是真空光速。波速等于波长乘以频率。因为电磁波的波速是个常数，所以波长越长的电磁波，它的频率也就越低。换句话说，频率越高的，波长也就越短。