电和磁—— 一对亲兄弟

少年朋友们一定早就熟悉电和磁了。摩擦能够起电，电荷流动起来就是电流。不难想象，如果没有电，我们的生活会变成什么样子！磁铁，大家都见过吧。收音机、录音机的喇叭后面，都带着一块磁铁；电冰箱的门也是靠磁铁才能关牢。科学家们还发现，带电体和磁体周围都存在着一种看不见，摸不着的物质，那就是电场和磁场。电场和磁场之间还有密切的联系呢。它们之间的联系对于无线电通信来说可是至关重要的，所以我们还要从当初发现这种联系时说起首先揭开电磁之间秘密的是丹麦物理学家奥斯特。1820 年 7 月，奥斯特无意中把一个小磁针放到了导线旁边。导线通电以后，附近的小磁针忽然自动发生了偏转。这个微小的变化没有逃过奥斯特敏锐的眼睛，他反复进行实验后发现，不但导线中有电流通过时附近的磁针会偏转，如果把通电线圈放在磁铁附近，线圈还会因为力的作用而运动！如果把两个通电线圈挂在一起，当电流方向相同时，线圈会互相吸引，电流方向相反时，线圈会互相排斥。这些现象充分说明电流能够产生磁。

既然电流能生磁，那么反过来，磁是否也能生电呢？揭开这个奥秘的是电磁学的奠基人英国物理学家法拉弟法拉弟出身贫苦，12 岁就上街卖报，由于生活所迫，13 岁便离开家庭到乔治·利勃书店去当学徒法拉弟虽然没有机会上学，可是却十分喜爱科学，艰苦的条件没能阻止他如饥似渴地刻苦学习。他常常白天做工，晚上勤奋学习。他贪婪地阅读许多交来装订的科学书籍，这使他很快就掌握了前人的重大成就，也了解到许多还未揭开的科学之谜。其中电磁现象引起了他的极大兴趣，他决心探个究竟， 于是，进行了大量的电学实验。

法拉弟想到，既然电流通过导体时，导体周围就产生磁场，那么反过来，磁场是不是也能在导体中引起电流呢？他带着这个新的问题，又开始了科学道路上的攀登他把一条 67．1 米长的导线绕在圆筒上，把电流计接在两端，然后再把一根条形磁铁插进圆筒。法拉弟想，这个外加的磁场应当能够产生电流。

但是，奇迹并没有出现。他满怀希望地跑到电流计的前面，电流计的指针却纹丝未动。他反复进行了一系列实验，都失败了。

难道这个办法不对？法拉弟冥思苦想，反复实验，终于想到，电流之所以能够生磁，是由于电荷的运动。那么，是不是只有运动起来的磁场才能产生电呢？他装好仪器，重新实验。

这回他抽动放在线圈中的磁铁，同时，两眼紧紧盯住电流计。奇迹出现了，世界上第一次用人工方法使磁产生了电。就在磁铁插入和拔出的一刹那，电流计的指针动了，插、拔的速度越快，产生的电流也就越大。

法拉弟得出结论：只有变化着的磁场才会产生电流既然变化着的磁场会引起电流，而电流又能产生磁场，那么用变化着的电流就可以获得变化的磁场，有了变化的磁场就又能产生电流⋯⋯法拉弟进行了多次实验，一一证明了这些设想。他在人类历史上首先发现了电磁感应原理。法拉弟还把这个原理推广到空间，也就是说，变化的磁场无论在导体中或者空气中， 都能产生感应电场。然而，由于他所受的教育有限，缺乏数学知识，所以未能确定电磁场间的数量关系用优美的数学形式，建立电磁场的基本方程

的，是另一位英国物理学家麦克斯韦。

麦克斯韦生长在苏格兰首府爱丁堡一个有名望的大家族里，幼时的良好教育，使他成年之后在数学、天文学、光学、热学、分子物理学等方面都有精深的研究。他在电磁理论方面的建树，更为人类做出了突出的贡献。

麦克斯韦凭着他那渊博的数学知识，对前人的实验结果和法拉弟、高斯、安培、库伦等人的科学定律进行了长期的研究，终于把电磁学的基本定律用一组偏微分方程明确地表示出来了，写成了著名的麦克斯韦方程组。这个方程组构思之精妙，表述之简洁，深为人们所叹服，难怪后人把它誉为神仙之作。麦克斯韦根据他的方程式得出了创造性的结论：交替变化的电磁场，能够以波的形式一圈一圈地由近及远地向外传播，就像水波向外传播一样，因为这是电场和磁场形成的波动，所以叫做电磁波。麦克斯韦还进一步推算出，电磁波在真空中的传播速度是 300000 公里／秒，这和实验测得的光速一样。于是他又断言，光也是电磁波的一种，光是一种看得见的电磁波。然而，他还没有看见自己的科学预言得以验证，就过早地被癌症夺去了生命，年仅 48 岁。他的短暂一生对人类做出了巨大的贡献。