第八章 磁和电

“慈石”

中国“磁石”这个名字，就是从“慈石”转变过来的，意思是，磁石吸引铁就象一个慈爱的母亲吸引自己的孩子一样。奇怪的是，居住在欧亚大陆另一端的法国人也是用类似的名称来称呼磁石的。法文“aimant”这个字也有“吸引”和“慈爱”的意思。

磁石的这种“慈爱”力量并不很大，所以希腊人称呼磁石做“赫丘利石”①是过于天真的。如果古代希腊人对磁石的那种微弱的吸引力都这样惊奇，那末当他们看到现代冶金工厂里的磁铁一次可以举起几吨的重量，又该叫它做什么呢？当然，这不是天然的磁石，而是电磁铁，就是把电流通过铁心周围的线圈使铁磁化制成的。但是在这两种情况下起作用的都是同一种性质——磁性。

我们不能认为，磁只能对铁起作用。有许多物体也能受强大的磁力的作用，虽然不象铁那样显著。金属当中的镍、钴、锰、铂、金、银、铝都能被磁铁吸引，只是被吸引的力比较小。还有一些所谓反磁性的物体，例如锌、铅、硫、铋，性质尤其特别：它们能被强大的磁铁所排斥！

液体和气体也有被磁铁吸引或排斥的性质，不过作用十分微弱；必须是非常强大的磁铁，才能显示出对这些物质的作用。例如纯净的氧气就有顺磁性，就是说，磁能够吸引它。如果我们在肥皂泡里装满氧气， 然后把它放在强大的电磁铁两极中间，这时候肥皂泡就会受那看不见的磁力的牵引，在两极中间伸长开来。放在强大的磁铁两极中间的烛光会改变自己的通常的形状，明显地告诉了我们它对磁力的敏感性（图 91）。

关于指南针的问题

我们向来都认为，指南针永远是一头指北，一头指南的。如果有人向我们提出下面这个问题，我们一定会觉得这问题是荒谬的：在地球上什么地方，指南针两头都指北？

同样荒谬的是问：在地球上什么地方，指南针两头都指南？

碰到这样的问题，你会肯定说，在我们地球上是没有、也不可能有这样的地方的。可是事实上这样的地方是有的。

我提醒你一下，地球的磁极同地理上的南北极并不一致。这样你也许就会猜到所问的地点是在地球上的什么地方了。我问你，放在地理的南极上的指南针，它指的是什么方向呢？它的一头当然要指着附近的那个磁极；另一头指着和这相反的一方。可是你从地理上的南极出发，无论走哪个方向，你都是向北走的。地理上的南极没有别的方向。在它四周，处处都是北方。所以放在那里的指南针两头都是指北的。

同样，如果把指南针移到地理上的北极，那末它的两头都应该指南了。

① 赫丘利是希腊神话中一位大力士的名字。

磁力线

图 92 是照着像片画下来的一张有趣的图画：画上有一只人的臂膊横放在电磁铁的两极上，臂膊上向上竖着一簇簇铁钉，好象刚毛一样。臂膊本身是完全感觉不到磁力的：看不见的磁力线穿过臂膊的时候，是一点也不会暴露自己的存在的。可是这些铁钉在磁力的作用下，却顺从地按照一定的次序排列着，让我们看到那些依着曲线从一极走向另一极的磁力线的方向。

人类没有能感觉磁性的器官；所以我们只能推测在每一块磁铁的周围都有磁力①。可是用间接的方法来显示磁力的分布图也并不很困难。做这个试验最好是用铁屑。在一张光滑的厚纸或玻璃板上均匀地撒上一薄层铁屑；拿一块普通磁铁放在厚纸或玻璃板下面，再轻轻敲厚纸或玻璃板来抖动铁屑。磁力是能自由地穿过厚纸或玻璃板的，所以铁屑在磁铁的作用下就要磁化；磁化了的铁屑在我们抖动它们的时候，就会和厚纸或玻璃板分开，并且在磁力的作用下很容易转过身来，落在磁针在这一点应取的位置上，也就是沿着磁力线排列起来。结果使我们明显地看出那些看不见的磁力线是怎样分布的，得到象图 93 所画的图。磁力造成了一组复杂的弯曲的线。你可以看出铁屑怎样从磁铁的每一极辐射开来， 又怎样在两极中间连接起来，形成一些短弧和长弧。这样，铁屑就让我们亲眼看到了物理学家所想象的情景，就是每一块磁铁周围存在着的看不见的情景。离磁极越近，铁屑组成的线就越密，越清楚。相反地，离磁极越远，线就越稀，越不清楚。这就明白地向我们证明了，磁力线是随着距离的加长而变弱的。

怎样使钢磁化？

读者常常会提出这个问题。为了答复它，首先应该说明磁铁跟没有磁化的钢有什么分别？含在磁化了的或是没有磁化的钢里的每一个铁原子，我们都可以看成是一个小磁铁。在没有磁化的钢里，这些原子磁铁是没有次序地排列着的。因此，里面每一个小磁铁的作用，都被相反方向排列着的小磁铁的作用所抵消（图 94A）。相反地，在磁铁里，所有那些基本小磁铁都整齐地排列着，所有同性的磁极都朝着同一方向，象图94B 那样。

当我们用一块磁铁来摩擦钢条的时候，会产生些什么情况呢？磁铁会用自己的吸力使钢里的基本小磁铁转过身来；让同性的磁极都朝着同

① 设想一下我们如果有了直接能感觉到磁性的器官，就会觉得怎样，那倒是很有趣的。据说，有人曾经成功地把一种磁性感觉移植在龙虾身上。他看出小龙虾会给自己的耳朵装进极小的石头；这些小石头由于自己的重量能对龙虾的部分平衡器官——感觉纤维——起作用。类似的小石头叫做耳石的，人类的耳朵里也有，位置就在基本的听官附近。它们是在竖直的方向里起作用的，所以能指出重力的方向。他就给龙虾移植上了一些铁屑来代替小石头，当时龙虾并不觉得怎样。可是在把一块磁铁拿到龙虾身边的时侯，龙虾就使自己的身体落在一个平面上，这平面跟磁力和重力的合力垂直。近年来，人们把上面说的这个试验的形式改进了一下，成功地应用在人身上。有人曾经把一些小铁屑粘在人的耳鼓膜上，结果，人耳就能象察觉声音的振动一样，察觉磁力的振动。

一方向。图 94C 清楚地指出这种情况：基本小磁铁一开始就使自己的南极指向磁铁的北极。等磁铁移过一段路，它们就顺着磁铁运动的方向排列起来，使所有的南极都朝着钢条的中部。

从这里也容易明自，在使钢块磁化的时候，应该怎样来运用磁铁： 应该把磁铁的一极放在钢条的一头，紧紧地压在上面，然后顺着钢条擦过去。这个方法是最简单也是最古老的一种磁化法，只适宜用来制取很小而且力量很弱的磁铁。强大的磁铁是利用电流制取的。

庞大的电磁铁

在冶金工厂里，可以看到搬运十分重的重物的电磁起重机。这种起重机在举起和移动铁块的工作上对铸钢厂和这一类的工厂作了相当大的贡献。几十吨重的大铁块或机器零件，都不必捆扎就能很方便地用这种磁铁起重机来搬运。铁片、铁丝、铁钉、废铁和别的各种铁料，用别种方法来搬运都很麻烦，用了电磁起重机，就能不装箱不打包，很方便地搬来搬去。

在图 95 和 96 里，你们可以看到磁铁的这种有效的功用。要收集和

搬运一堆堆的铁片是非常麻烦的，可是象图 95 所画的强大的电磁起重机却能够同时收集和搬运它们。这里的好处不但是力量经济了，并且工作简化了。在图 96 里你可以看到电磁起重机搬运装在木桶里的铁钉，一次

竟可以举起 6 桶！有一家冶金工厂在不久以前使用了四台电磁起重机， 每一台起重机可以一下子搬运十根铁轨；这些起重机就代替了二百个工人的体力劳动。在起重机工作的时候，用不着担心这些重物在上面缚得牢不牢。只要电磁铁的线圈里电流不停，那就一块碎片也不会从上面落下来。看不见的磁力比坚固的螺钉和链条都更可靠。

可是如果线圈里因为某种原因断了电，那就必然要闯祸了。这样的事故从前曾经发生过。我们从一本技术杂志里可以读到这样一则消息： “在美国一家工厂里，电磁铁举着用车皮装来的铁块，准备把它们投进炉里。突然尼亚加拉瀑布的发电站出了事故断了电。巨大的金属块从电磁铁上掉下来，整个砸在工人头上。为了避免再发生类似的不幸事件， 并且为了节省电能的消耗，就在电磁铁上装了特别的装置。在要运输的物体被磁铁提起来以后，就有些坚固的钢抓子从旁边落下来紧紧地扣住它们，随后重物就由这些抓子提着；而电流在搬运的时候却可以中断一会。”

图 95 和 96 所画的这两台电磁起重机，直径都有 1．5 米；每台起重机能提起 16 吨重物（一节货车的重量）。一台这样的电磁起重机一昼夜

可以搬运重物 600 吨以上。有一些电磁起重机一下子能提起 75 吨重物， 也就是整个机车的重量！

看了电磁起重机的工作情况以后，有的读者可能会有一种想法：如果使用电磁起重机来搬运灼热的铁块，那该多方便啊！可惜这只有在一定的温度里才能这样做，因为灼热的铁是不能磁化的。磁铁被加热到摄氏 800 度就会失去磁性。

现代的金属加工技术广泛地使用着电磁铁来支持住和移动钢、铁和铸铁的制件。人们已经造成了几百种不同的卡盘、工作台和别种装置，

大大地简化了和加速了金属加工过程。磁力魔术

魔术家有时候也使用电磁铁，很容易想象出，他们借这种看不见的力量会表演出多么精彩的戏法。《电的应用》这本名著的作者达里，曾经谈到一位法国魔术家演出时候的情况。他那一场戏法，在不知道内容的观众看来，真好象是有妖术似的。下面是那个魔术家的话：

在台上有一个不大的包着铁皮的箱子，箱盖上装有提手。我向观众说，请他们当中来一位气力大的人。有一位身材适中可是体格强壮的大力士应召上了台。他很有精神和满怀着自信心，略微带点开玩笑的态度， 微笑着站在我的身旁。

“你力气很大吗？”我从头到脚打量着他，问道。“是的，”他满不在乎地回答我。

“你相信你总是很有力气吗？” “我完全有信心。”

“你错了，一会儿工夫我就能使你失去力气，使你软弱得象个小孩子。”

大力士轻蔑地微笑了一下，表示他不相信我的话。“上这儿来，”我说，“提这个箱子。”

大力士弯着腰提起箱子，高傲地问道： “还要做什么？” “稍微等一等，”我回答。

这以后，我装出一副严肃的样子，并且用发命令的手势和庄重的声调对他说：

“你现在比女人还要软弱了。你再提一下这箱子看。”

大力士一点也没把我的魔术看在眼里，立刻又去提箱子。可是这一次箱子却出现了反抗力，无论他怎样用力，总不能挪动它，它好象固定在那里一样。这位大力士所用的力气的确是可以举起极大的重量的，可是这次却完全不顶事。他累得直喘气，最后只得羞惭满面地离开戏台。现在他开始相信魔术的力量了。

这位法国魔术家所表演的这场魔术的秘密很简单。原来箱子的铁底是放在一个强大电磁铁的磁极上的。在没有电流的时候，箱子是不难提起的；可是电磁铁的线圈里一通电，那就是两三个人也别想挪动它了。

电磁铁在农业上的用途

磁铁还有一种用途，说来更有趣味：它能在农业上帮助农民除掉作物种子里的杂草种子。杂草种子上有绒毛，能够粘在旁边走过的动物的毛上，因此它们就能散布到离母本植物很远的地方。杂草的这种在几百万年的生存斗争中获得的特点，却被农业技术利用了来除掉它的种子。农业技术家利用磁铁，把杂草的粗糙的种子从作物的种子里挑选出来。如果在混有杂草种子的作物种子里撒上一些铁屑，铁屑就会紧紧地粘在

杂草种子上，而不会粘在光滑的作物种子上。然后拿一个力量足够强大的电磁铁去对它们作用，于是混合着的种子就会自动分开，分成作物种子和杂草种子两部分：电磁铁从混合物里把所有粘有铁屑的种子都捞了出来。

磁力飞机

在这本书的第一节，我曾经提到过法国作家西拉诺·德·别尔热拉克的有趣著作《月国史话》。书里所谈的事情很多，有一件谈到一种有趣的飞机。这种飞机是靠磁力来飞行的，小说里的主人公就曾经乘着它飞到月球里。现在让我把书里的这一段直译在下面：

我叫人制造了一辆很轻的铁车；上了铁车并舒服地坐好以后，我就把一个磁铁球向上抛去。铁车于是也立刻跟着上升。当我每一次接近磁球吸引我去的地方，我就重新把球往上抛。有时候，我只是简单地用手把球略微举高一些，铁车也会跟着上升去和磁球接近。在把球向上抛了许多次，铁车也上升了许多次以后，我就来到了我在月球上降落的地方。因为这时候我的手紧紧地握着磁球，所以铁车也紧靠着我不会离开。为了在降落的时侯不跌伤，我就这样地抛球，使铁车的下降速度因球的吸引力而减慢。当我离开月面只有二三百俄丈①的时候，我就向降落的方向成直角地抛球，直到铁车十分接近月面为止。这时候我就跳出铁车，轻松地降落在沙上！

这里所描写的飞机是毫无用处的，关于这一点，无论是小说的作者或者读者，当然都不会怀疑的。但是我想一定有许多人不能正确地说出到底为什么这种设计会没有用处：是因为坐着铁车不能向上抛球呢，还是因为磁球不能吸引铁车？

不是的。坐在车里抛球是可以的，并且磁球有足够强的磁性的话， 它也能够吸引铁车。尽管这样，这种飞机还是一点也不能向上运动的。你曾经从小船上往岸上抛过重的东西吗？如果你抛过，那毫无疑

义，你一定曾经注意到小船在这时候会向河心退去。你的肌肉在对所抛的物体加上推力使它向一个方向前进的时候，同时也把你的身体（连同小船）推向相反的方向。这里出现的就是我们以前说过许多次的作用力和反作用力相等的定律。在抛磁球的时候，这个定律也会发生作用。坐在车上用很大力气（因为球要吸引铁车）抛着磁球的人，不可避免地要把整个铁车往下推。等到后来磁球和铁车由于相互吸引而重新接近的时候，它们只是回到了原来的位置。因此很明显，就算铁车一点重量也没有，用抛磁球的方法也只能使它依某一个位置做中心上下摆动。用这个方法来使它一步步前进是不可能的。

西拉诺是十七世纪中叶的人，这时候作用和反作用的定律大家还不知道，所以要求这位法国讽刺作家能够清楚地说出自己这个开玩笑的设计不合实用的道理，也是不切实际的。

① 1 俄丈约合 2．134 米。

同“穆罕默德的棺材”一样

有一次在用电磁起重机工作的时候，出现了一种有趣的情况。有位工人，看见电磁铁吸起了一个很重的铁环，环上有条短链子，链子固定在地板上，所以环和磁铁并不能接触：在环和磁铁之间还留着一掌宽的空隙。这时候的景象真是特别：一条链子竖直地朝上立在那里！磁力竟大到在链上攀着一个工人也能保持竖直①。这时候恰好来了一位摄影家， 赶着这有趣的时刻，把这情况摄了下来。我们在这里重印了这张悬在空中很象传说里的穆罕默德的棺材一样的人像（图 97）。

这里就顺便来谈谈“穆罕默德的棺材”。伊斯兰教徒都深信那装着“先知”的遗体的棺材是上下没有任何支撑地悬在坟墓里的。

这是不是可能呢？

欧拉在他的《有关各种物理学资料的书信集》里曾经说道，“相传穆罕默德的棺材是由某种磁力支持着的；这似乎不是不可能的，因为有些人造磁铁是能举起 100 磅重量的。”①

这样的解释是没有根据的；即使用上面说的方法（就是利用磁铁的吸引力）可以在一个时候里得到平衡，可是很小的推力，甚至空气的很小的动荡，也足够破坏它。这时候棺材不是落到地上，就是被吸向天花板。要使它保持不动，实际上是不可能的，就象不能使一个圆椎体立在它的顶点上一样，虽然在理论上这样竖立是可能做到的。

不过，应用磁石，也的确完全可以产生象“穆罕默德的棺材”这种现象，——只是所利用的不是它们之间的相互吸引力，相反的，是它们之间的相互排斥力。（磁铁不但能够相吸而且能够相斥这一点，连刚学习过物理学的人都常常会忘记。）大家都知道，同性的磁极是彼此排斥的。如果把两块磁化了的铁这样来放，使它们的同性磁极上下相迭，那它们就会相互排斥。如果上面一块磁铁的重量选择得当，就不难使它悬在下面一块的上面，而不跟它接触，维持着稳定平衡的状态。只需要几根用不能磁化的材料（象玻璃之类）做的支柱，就可以阻止上面那块磁铁在水平的平面上转动。传说里的穆罕默德的棺材可能就是在这类情况下悬在空中的。

最后，如果用磁铁的吸引力来影响运动着的物体，也可以出现这种现象。有人根据这种思想设计了一种没有摩擦力的电磁铁路（图 98）。这个设计富有教育意义，把它介绍给每一个爱好物理学的人，是有益处的。

电磁运输器

① 这表明电磁铁的力量非常强大，因为磁铁的吸引力是随着电极和被吸引的物体之间的距离加大而大大地减弱的。如果有一个蹄形磁铁，它和物体直接接触的时候，能吸引 100 克重物，那末在磁铁和重物之间隔一张纸，它的举重力就要减小一半。这也就是为什么一般不在磁铁的两端涂漆的缘故，虽然漆有防锈的作用。

① 这段话是在 1774 年写的，那时候电磁铁还没有发明。

在这种电磁铁路上，车厢的重量被电磁铁的吸引力抵消了，所以它是完全没有重量的。所以如果我告诉你说，根据设计，这些车厢不是在铁轨上行驶的，不是在水里航行的，甚至也不是在空气里滑翔的——它们飞的时候任何支撑的东西都没有，什么也不接触，而是悬在看不见的强大的磁力线上的，你听了也就不会觉得奇怪了。由于它们不会受到一些摩擦，所以一当它们进入运动状态，就能依靠惯性保持着原有的巨大速率前进，而不必再用机车来牵引。

这个计划是这样实现的。车厢是在抽出了空气的铜管里运动的，使空气的阻力不妨碍车厢的运动。车厢底部的摩擦力也得消灭掉，方法是让车厢在运动的时候不同管壁接触，而由电磁铁的力量把它维持在空中。为了这个目的，沿路在管子上面每隔一定距离得设置一个极强大的电磁铁。这些电磁铁吸引着在管里运动着的铁制车厢，不让它们掉下去。磁铁力量的大小，应当刚能使这些在管里奔驰着的铁制车厢总是留在管的“天花板”和“地板”之间，不让它接触任何一方面。电磁铁把在它下面奔驰着的车厢吸向上面——可是车厢并不能因此就碰到“天花板”， 因为还有重力在拉它。在它刚要碰到“地板”的时候，下一个电磁铁又把它吸了上去⋯⋯这样，这个始终被电磁铁抓着的车厢，就沿着一条波状线在真空里奔驰，没有摩擦，也没有推力，象宇宙空间里的行星一样。

那末车厢是什么样的呢？车厢象雪茄烟形状的圆筒，高 90 厘米，长大约 2．5 米。当然车厢还得严密地关闭着——因为它是在没有空气的空间里运动的。里面还得象潜水艇一样，有自动清洁空气的装置。

开动车厢使它出发的方法，也同以前所用的一切方法全不相同。也许只能拿放射炮弹来比喻它。而实际上这种车厢也真是象炮弹一样“射出”去的，不过所用的是电磁炮罢了。发射车厢的车站是根据螺线管的性质建造的，“螺线管”的导线在有电流通过的时候会吸引铁心。这个吸引过程进行得这样快，以致在足够长的线圈和足够强的电流的情况下，铁心能够获得极高的速度。在新式的磁力铁路上用来发射车厢的， 正是这种力量。因为在管的内部没有摩擦力，所以车厢的速度不会减小； 它会按照惯性原理疾驰，直到车站上的螺线管命令它停止为止。

下面是设计者提出的一些详细情节。

我最初是用铜管来做的（铜管的直径是 32 厘米），在它的上面有许多电磁铁，电磁铁下面的支架上有小车——那是一节铁管，前后都有轮子，前面装着“鼻子”，“鼻子”撞在一块由沙袋支住的木板上的时侯， 小车就会停止。小车的重量是 10 公斤。速度可以达到每小时大约 6 公里。超过这个速度，就由于屋子和环形管的面积的限制（环形管的直径是 6．5 米），车就不能行驶。但是在我后来完成的设计里，出发站上的螺线管长到了 3 俄里①。这样，车的速度就很容易达到每小时 800—1000 公里。又因为管里没有空气，车同地板和天花板之间没有摩擦，所以在它的持续行驶中不会消耗任何能量。

尽管建造的费用，特别是铜管本身的建造费用很大，可是毕竟不必在维持速度上消耗能量，又不必用驾驶员和车务员等等，所以每一公里

① 一俄里等于 1．067 公里。

的费用也只有千分之几戈比到百分之 1－2 戈比。而双线每一昼夜的运输量，无论是上行或下行，都可以多到 15000 人或 10000 吨货。

火星人和地球上的人交战

古罗马的博物学家普林尼传下了当时曾经流行的一个关于磁铁山的故事，说在印度海边某处有这么一座山，它有一种非常的力量，能够吸引任何铁制的东西。所以如果有水手胆敢把他们的船驶近这座山，那他一定会倒楣的。山会把船上所有的铁钉、铁螺钉等都拔去，使船分解成一块块的木板。

这个传说后来又编入了《一千零一夜》里。

当然，这不过是传说。现在我们知道，磁铁山或含有丰富的磁铁矿的山的确是有的。但是这种山的吸引力非常小，几乎等于零。象普林尼所写的那种山，在地球上从来没有过。

在今天，如果我们不用铁和钢来造船的部件，那并不是因为我们怕磁山，而只是为了这样研究地磁更合适。

科学小说家库尔特·拉斯维兹却利用普林尼传说里的思想，想出了一种可怕的武器，这种武器被他的小说《在两个星球上》里的火星人使用了来同地球上的军队作战。火星人拥有这种磁性武器（大概就是电磁铁），简直不必同地球上的居民作战，在开战以前就解除了地球上的军队的武装。

下面就是这位小说家所描写的关于火星人和地球上的居民交战时候的情节：

一队出色的骑兵勇猛地向前冲上去了。并且看上去，似乎我们军队的奋不顾身的战斗意志终于迫使强大的敌人①想退却了，因为他们的飞船已经采取了新的行动。它们飞上了高空，好象集合了准备撤退。

可是在这同时，从上面落下了一种张得很开的黑色的东西，现在刚出现在战场上空。这个四周都有空中船舶环绕着的东西，象飘扬着的被单一样，很快地在战场上空大大地展开了。这里的骑兵第一连已经落在它的作用范围里了，——奇异的机器立刻把整个团遮盖住了。它的作用是意外的，古怪的！从战场上传来了惊心动魄的号叫声。马和骑士一堆堆地散乱在地上，而空中却象乌云一样满布着刀剑和马枪，它们砰砰拍拍地都向机器飞去，并且粘附在上面。

机器略微向旁边滑过去了一些，把自已虏获的铁器都扔在地上。它又两次飞了回来，并且收缴了差不多地面上所有的兵器。当时没有一个人有力量能够抓住自己的刀枪不放手。

这种机器是火星人的一种新发明：它有一种不可抗拒的力量，能够把一切钢和铁做的东西吸引过去。火星人靠这种飞翔在空中的磁铁的帮助，从敌人手里夺得了武器，而自己却又受不到丝毫伤害。

空中磁铁很快地继续向步兵逼近。那些步兵拚命用双手抓住自己的枪，可是不顶事，——不可抗拒的力量还是把它们从手里夺走了；许多

① 指火星人。

不肯放手的，连人带枪都被吸到了空中。几分钟里第一团全被缴了械。机器又向前飞去，去追赶那正在城里行进的一团，使他们受到同样的遭遇。

接着，炮队也落入了同样的命运。

表和磁

读完了上面一段文字后，自然会产生一个问题：难道我们就不能防御磁力的作用，就不能用某种磁力透不过的障壁把它挡住吗？

这是完全能够的。假如预先采取了适当的措施，那个幻想出来的火星人的发明也是可以防御的。说也奇怪，不能透过磁性的物质，原来就是容易磁化的铁本身！一个放在铁制的环里的罗盘，它的指针不会被放在环外的磁铁吸引，就是明证。

铁壳可以保护怀表里的钢制机件不受磁力的影响。假如你把一个金表放在一个强力的蹄形磁铁的磁极上，那末所有钢制机件，首先是那摆轮上的游丝①，就会磁化，使表停止不走。就是把磁铁拿走以后，你也不能把表恢复到原来状态，因为钢制机件都保留着磁性。你得把表彻底修理一下，把许多机件换成新的。因此，切不要用金表来做这个试验：它太贵了，环了可惜。

可是，如果你有一个紧密地盖着铁壳或钢壳的表，就可以大胆地去做这个试验，——磁力不能透过钢和铁。你如果把这样的表拿近强大的发电机的线圈附近，它的精确度一点也不会受到影响。所以对一个电气技工来说，这样便宜的表倒是最理想的表；至于金表和银表，很快就会因为磁的作用变成没有用处。

磁力“永动机”

在人类想发明“永动机”的历史里，磁铁也曾经扮演过不太小的角色。失败的发明家曾经费尽心思想利用磁铁来建造自己能够永远运动下去的机器。下面介绍的一种磁力“永动机”，是十七世纪的英国人约翰·维尔金斯（捷斯特城的主教）设计的。

在小柱上（图 100）放一个强力的磁铁 A。两个斜的木槽 M 和 N 迭着倚靠在小柱旁边。上槽 M 的上端有一个小孔 C，下槽 N 是弯曲的。这位发明家想，如果在上槽上放一个小铁球 B，那末由于磁铁 A 的吸引力，小球会向上滚；可是滚到小孔处，它就要落到下槽 N 上，一直滚到 N 槽的下端，然后顺着弯曲处 D 绕上来，跑到上槽 M 上。在这里，它又受到磁铁的吸引，重新向上滚，再从小孔里落下去，沿着 N 槽滚下去，然后再经过弯曲处回到上槽里来，以便重新开始运动。这样，小球就会不停地前后奔走，进行“永恒的运动”。

这个发明的荒谬的地方在哪里呢？

要指出它也并不难。为什么发明家认为小球沿着 N 槽滚到它的下端

① 这只是指一种不是用特殊的叫做因钢的合金制的游丝而说的。在镍铁合金的成分里虽然含有铁和镍，但是不会磁化。

以后，还会有一种速度，使它能够顺着弯曲处 D 绕到上面来呢？假如小球只是在重力这一个作用下滚动的，那它是不难顺着弯曲处上升的，因为那时候它是加速地向下滚的。可是我们这小球是在重力和磁力这两种力量的作用下滚着的。并且磁力是这样强，可以强迫小球从位置 B 上升到 C。所以小球沿着 N 槽滚动的时候是不能加速前进的，而是要变慢的； 即使它能滚到 N 槽的下端，也无论如何不能积蓄起一种速度，使自己能绕着弯曲处 D 上升。

上面所说的那个设计，后来在改变了形状的情况下又重新出现了许多次。有一种类似的设计，说也奇怪，竟在 1878 年，也就是在能量守恒定律确立以后三十年，在德国取得了专利权！这位发明家把他那磁力“永动机”的荒谬的基本观念竟掩饰得这样高明，甚至迷惑了颁发专利特许证的技术委员会。虽然按照章程，凡是和自然定律相矛盾的发明，都不应当发给发明专利特许证，这一次发明却取得了专利权。但是这个唯一获得“永动机”专利权的幸运儿大概很快会对自己的创造失望，因为只过了两年，他就停止缴纳专利税了，并且这种可笑的专利也丧失了法律效力：“发明”成了大家的财产，但是谁也不需要它。

博物馆里的问题

有些古书已经这么陈旧，在翻的时候无论怎样小心，书页都要破损， 而在博物馆的实际工作里，又常常有翻阅它们的必要。这样的书页应当怎样去翻它呢？

在这种情况下，只有用电来解决问题，就是使书卷充电。书里相邻各页得到同性的电荷以后，就会彼此排斥，因而毫不损伤地一页页分了开来。这样分离开的书页，无论是用手去翻它，或是用结实的纸去裱它， 就都比较容易。

电线上的飞鸟

大家都知道，如果人触到通有电流的电车的电线上或者高压电线上，那该是多么的危险。不但人触着它要死，就是大的动物触着它也会死。我们常常听到牛和马因触到断下来的电线而被电打死的事情。

那末鸟为什么却能够平安无事地停在电线上呢？这种事情常常可以在城市里看到（图 101）。

为了懂得强电流不会伤害鸟类的原因，应该注意这样一件事：停在电线上的鸟的身体，好象是电路的一个分路，它的电阻比起另一个分路

（乌的两脚之间的那部分很短的电线）来要大得多。因此在这个分路（鸟的身体）里的电流就非常小，小到对鸟没有危害。可是停在电线上的鸟， 如果翅膀、尾部或嘴触到电线杆——一般说不管用什么方式同地连接， 那就马上会有电流通过它的身体流入地里，使它触电身死了。这种情形也常常可以看到。

鸟类有一种习惯，当它们停在高压电线杆的横臂上的时候，常常在有电流的电线上磨嘴。因为横臂没有绝缘，所以停在上面的鸟是和地面相接的。这样，鸟一触到有电流的电线，就不可避免地要触电身死了。

这类事情发生得非常多。因此，譬如说在德国，甚至已经采取了特别的措施来防止鸟类的死亡。为了这个目的，他们在高压电线的横臂上装了绝缘的架子，使鸟类不但可以停在上面，并且让它们可以安全地在电线上磨嘴（图 102）。也有的在危险的地方装着特别的装置，使鸟类碰不到它。

现在的高压电线网每年都有很大的发展，所以为了林业和农业的利益，也要保护飞禽，免得它们被电流杀死。

在闪电光下

在大雷雨的晚上，在电光的短促的一闪中，你也许看到过街道上一种别致的景致吧！设想你在一个古老的城市的大街上忽然遇到一场大雷雨。你在电光的一闪下，一定看到：刚才还是十分活跃的街道，在这一霎那间却好象是“冻结”了。马停留在跑步的姿势里，腿都悬空了；车同样也停着不动，车轮上的每一根辐条都可以看得清清楚楚⋯⋯

这种好象静止的现象，原因是在闪电的持续时间非常短促。原来闪电也同所有的电火花一样，它的一闪的时间短到不能用普通的方法来测量。可是利用间接的方法却可以查出，每次闪电持续的时间常常只有千分之一秒①。在这样短的时间间隔里，物体的位置的移动是不容易被人眼察觉的。所以熙熙攘攘的街道，在闪电光下似乎变得完全不动，那是一点也不奇怪的：要知道我们在闪电光下能够看到物体的时间不到千分之一秒啊！在这样短的时间里，即使是迅速奔驰着的汽车，它的车轮上的每一根辐条也只能移动几万分之一毫米。这样的运动在人眼里当然跟静止没有分别。又因为印象留在视网膜上的时间要比闪电的持续时间长得多，因此这也增强了静止的印象。

闪电值多少钱？

在从前人们把闪电当做神的时候，提出这样的问题会被认做是亵渎神的行为的。但是在科学发达的今天，电能已经变成了一种商品，它同一切别的商品一样，可以计量和估价；这时候提出闪电值多少钱的问题， 当然不会被认为是毫无意义的。这个计算题的内容包括：计算出闪电放电的时候所消耗的电能，以及照电灯电的价格算出它值多少钱。

算法是这样：依据最新的资料，闪电放电的电压等于 50，000，000 伏特。电流据估计大约是 200，000 安培（顺便说一说，这数字是根据铁心被电流磁化的程度来确定的；电流是在打雷的时候通过避雷针来到线圈里的）。把伏特数和安培数相乘，就可以得到电功率的瓦特数了。不过这里应该考虑到，在放电时候电压会一直降落到零，所以计算闪电的电能得用平均的电压，换句话说，就是初压的一半。

所以我们的算式是：

① 也有持续时间比较长的闪电，长到百分之一秒或十分之一秒，还有连续的闪电，几十道闪电在同一径迹上，一个接一个，这样的闪电持续时间更长——可以长到 1．5 秒。

电功率 = 50**,**000**,**000×200**.**000

2

= 5**,**000**,**000**,**000**,**000瓦特

= 5**,**000**,**000**,**000千瓦。

得出来的数目里有这么多的零，你自然会认为闪电的价钱一定也是一个很大的数目。可是如果用电灯费通知单里所用的计电单位千瓦小时来表出这些电能，那得到的数目就要小得多。闪电的持续时间不会超过

千分之一秒，在这一个时间里，消耗掉的电能不过是 5**,**000**,**000**,**000**,**000

3**,**600**,**000

≈1，400千瓦小时。一个千瓦小时，我们叫它做一度。如果按照每度电

收 0．20 元这就不难算出闪电的价钱：

0．20×1，400＝280（元）。

所得的结果是惊人的：功率比重炮弹大一百多倍的闪电，却只值 280 元。

有趣的是，现代的电工技术已经能够制造闪电了。但是这种人工制造的闪电跟自然界的闪电比较，还是小的。

屋子里的雷雨

你如果想在屋子里做一个小喷泉，那是很容易的。只消拿一根橡皮管，把它的一头浸在水桶里，放在高处；或是把橡皮管套在自来水龙头上。不过管的出口一定要很小，使喷泉的水分裂成许多股细流。为了这个目的，最简单的方法是把一根抽掉了铅心的铅笔杆插在橡皮管的喷水一头上。如果要更方便，还可以在这一头上套一个倒转的漏斗，象图 103 所画的那样。

使喷泉的高度达到半米，并且让水流笔直向上；把用绒布擦过的火漆捧或硬橡胶梳子移近喷泉。你立刻会看到一种相当奇怪的情景：喷泉的下降部分的那几股水，会合成一大股水。这股水落在放在下面的盘底上，会发出相当大的声音，和雷雨所特有的噪声一样。所以物理学家波艾斯关于这一点曾经说过这样一句话：“雷雨里的雨滴会变得那样大， 毫无疑问正是这个原因。”你如果把火漆棒移走——喷泉立刻就又变成许多股细流，而那个雷雨所特有的噪声，也变成细流的柔和声了。

在不知道内情的人的面前，你可以象魔术家使用“魔棒”那样，来使用这根火漆棒。

火漆棒对于喷泉的这种意外作用，可以这样来解释：原来水滴会因感应而生电，面向火漆棒那一部分水滴会因感应而生阳电，相反方面的那些水滴会生阴电。这样一来，水滴里电荷不同的部分靠近在一起，它们要互相吸引，就使水滴合并起来了。

电对水流的作用，你还可以用更简单的方法看到：你如果把一个刚梳过头发的硬橡胶梳子拿到自来水的一股细流附近，这时候水流会变得很密实，并且会明显地向梳子的方向弯过去，形成急剧的偏向（图 104）。解释这种现象比解释前一种要复杂些：它同在电荷作用下的表面张力的改变有关。

顺便让我说明一下，传动皮带在皮带盘上转动的时候所以会起电， 也可以用摩擦容易生电来解释。这样产生的电火花在某些生产部门里很有引起火灾的危险。避免的方法是在传动皮带上镀银：因为有了薄薄一层银以后，传动皮带就成了导电体，于是电荷也不能在上面积蓄起来了。