电磁现象

电磁现象是一种物理上的现象，专指电流流过电路时在其周围产生磁场的现象。

定义

电流流经电路时在其周围产生磁场的现象。

门铃就是电磁继电器，它有一个线圈，在线圈中通入电流时，在它周围就产生磁场，也就是说，它变成了一个电磁铁，在它的磁极处，有一个软铁做的衔铁，作为动触点，当通电时，衔铁被吸引过来，就可以实现与静触点的断开或闭合，从而可以控制电路的通断，它实质就是一个能自动控制的开关。可以实现低电压弱电流控制高电压强电流，还可以实现远距离控制及自动控制等。

电磁学

仪器应用

采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。

磁铁能吸引铝吗？不会。但为什么用线把一块马蹄形磁铁悬挂在铝盘上方，若磁铁悬转了，铝盘会随之同向旋转呢？能否利用这种现象设计汽车速度计、电度表呢？

上述现象的产生是因为把磁铁旋转时，穿过铝盘的磁通量发生了改变，铝盘中产生了感应电流，这种电流在铝盘中自成闭合回路形成涡流。又因为铝盘的电阻很小，所以涡流很强。由楞次定律“感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。”另一种表述可理解为“感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因。”这里“产生感应电流的原因”可以是磁通量的变化，也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的变形。“感应电流的效果”既可以是感应电流所产生的磁场，也可以是因感应电流出现而引起的机械作用。而本现象正是铝盘的转动（即是感应电流的效果）来反抗磁铁的转动（即是产生感应电流的原因）。所以铝盘会随磁铁的转动而转动。

速度计、电度表等电学测量仪表，要求指针的摆动很快停下来，以便迅速读出读数。电表的线圈要绕在铝框上，铝框就是起这个作用的。当被测电流通过线圈时，线圈带动指针和铝框一起转动，铝框在磁场中转动时产生涡流，磁场对这个涡流的作用力阻碍它们的摆动，于是使指针很快的稳定指到读数位置上。

发展现状

[摘要]

⒈（锕或Ag合金）中进行加工和热处理的方法，制备Bi系长线（带）材取得了成功，1994年美国超导公司率先制备出长度达1000米、 Jc达1×104A/cm2（77K，0T）的BSCCO/Ag带材。1996年，美国超导公司（ASC）和日本住友公司制备的1200米带材的Jc值均超过1.2×104A/cm2 （77K，0T），并且能够稳定生产。根据目前的研究结果，人们认为通过进一步改善工艺参数，提高带材的密度和晶粒的结构、改善晶粒间的连接性以及引入有效的磁通钉扎中心，Bi系带材的Jc值将还会有较大幅度的提高。另外在通过多芯化和基体材料的合金化来改善Bi系线（带）材的机械强度方面，也已取得了明显进展。

⒉柔性金属基YBCO带材进展。YBCO超导体在液氮温区有较强的本征钉扎特性，但它的晶粒很难通过常规的加工技术来实现取向，所以用PIT法及在普通金属基带上涂层后热处理的方 法虽然能够制备出长线（带）材，但其Jc值均小于103A/cm2（77K，0T），并且，随磁场的增加迅速下降。受在单晶基体上通过外延生长制备高 JcYBCO薄膜的启发，最近人们发展了“离子束辅助沉积”（IBAD，美国LANL）和“轧制辅助双轴织构”（RABiTS，美国ORNL）这两种柔性基带，并在这种基带上生长YBCO膜取得了成功，获得了高Jc的带材。这两种基带都是在柔性金属带（如：Ag，Ni等）上沉积一层取向生长的钇稳定的氧化锆（YSZ），由于YSZ与YBCO的晶格点阵非常接近，并且具有良好的化学稳定性，它一方面可以诱导YBCO晶体取向生长，另一方面又作为阻隔层防止 YBCO与金属基带反应。目前利用脉冲激光沉积（PLD）和MOCVD方法在IBAD及RABiTS带上制备的YBCO超导体在65K强磁场中的Jc值均 已超过低温实用超导体NbTi和Nb3Sn在4.2K的Jc值。如：美国LANL制备的IBAD样品Jc最高达到106A/cm2（75K，0T）， ORNL的RABiTS带的Jc也已达到7×105A/cm2（77K，0T）、3×105A/cm2（77K，1T）。虽然从目前的研究现状来看，制备 长带还存在着一定的技术难度，但这种方法所带来的高Jc性能给高温超导体在77K温区实现强电应用展示了美好的前景，人们已把它称为继PIT法BSCCO 带后的第二代高温超导带材，并且投入较大的人力和物力进行开发研究。

要想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于高温超导体是由多种元素（至少四种）组成的化合物，而且高温超导体往往还有几个不同的相，此外，高温超导体具有高度的各向异性，这些因素使制备高质量高Tc超导薄膜具有相当大的困难，尽管如此，通过各国科学家十年来坚持不懈的努力，已取得了很大的进展，高质量的外延YBCO薄膜的Tc在90K以上，零磁场下77K时，临界电流密度Jc已超过1×106A/cm2，工艺已基本成熟，并有了一批高温超导薄膜电子器件问世。

超导应用

超导材料具有的高载流能力和低能耗特性，使其可广泛用于能源、交通、医疗、重大科技工程和现代国防等领域。目前已在两方面形成了较大规模的应用。一是重大科技工程方面，主要是高能物理研究所需的大型粒子加速器，如正在欧洲建造的周长为27km的大型质子碰撞机LHC，以及热核聚变反应装置，如ITER和LHD等；二是在医疗诊断方面正在广泛应用的核磁共振成像系统MRI和具有较高科学与应用价值的核磁共振谱仪NMR。

根据目前高温超导线材的发展状况，人们把已开始实现商品化的铋系线（带）材称为第一代导体，而把将来可能实现商品化生产的钇钡铜氧涂层导体称为第二代导体。提高高温超导材料的性能和降低成本将是今后的重要课题。从应用角度而言，超导线材的成本是以每千安米的价格来计算的。所以除了降低原材料和加工成本外，提高线材的载流能力将会使成本大幅度降低。多数高温超导应用项目需要线材的性能－价格在10美元/kA．m左右，因这一价格相当于铜导体实际应用的性能价格。在1999年，铋－2223带材的价格已由1998年以前的1000美元/kA．m降到300美元，预计在5年内成本可降到50美元。

令人振奋的是，2000年12月新型高温超导体二硼化镁（属金属间化合物，Tc～40k）的发现，又掀起了新一轮的高温超导热，现在全世界许多超导研究组都在日以继夜地研究开发，中国几个主要超导材料研究单位都已研制出单相的二硼化镁超导体，正在对其特性进行深入的研究，线材的研究开发也在同步进行，并已取得初步成果。与氧化物高温超导体相比较，二硼化镁具有结构简单，稳定性好，易于生产等特点，更重要的是它具有很高的临界电流密度（Jc>105A/cm2），其性能价格比被认为优于铌钛超导体，能够用致冷机在20k实现应用，无需液氮。预计二硼化镁超导体很快达到实用化水平，预示着又一个超导材料的崭新时代可能到来。

举例

人类察觉到电磁现象是很早以前的事情，比人类有历史的记载还要久远。例如：天空打雷放电的现象，只是当时的人不知道如何解释而已。

拿梳子摩擦衣服，就可以吸起小纸片，这是一个最简单的电的现象。这与科技无关，是人类有知觉以后就已经察觉到的电的现象。

现在是如何解释此现象呢？这中间存在两种电荷，即为正电荷与负电荷。一正电荷与一负电荷会互相吸引；两正电荷或两负电荷会互相排斥。如何证明电的作用力有排斥与吸引呢？ 拿擦过棒子的布或某些东西的布，有另一个被布擦过的棒子在那边会被布吸引过来；或拿两支一样程序制成的棒子会互相排斥；或拿两块布在一起也会互相排斥。从这样简单的实验中，我们知道电荷有吸引与排斥的力。知道有排斥力与吸引力，观念化成两种电荷，命名为正电荷与负电荷。同种电荷会互相排斥，异种电荷会互相吸引。

应用

打印技术

喷墨印表机

喷墨印表机的喷嘴头所喷出来的墨水当然是没有带电荷的，经过某个装置过后会带电荷，之后有两个板子，可以控制板子上里的正负电，如果墨水滴是带正电，在板上就会被正电排斥被负电吸引，而控制板子的电负电，让墨水滴的偏向可以控制，这样就可以在要印的物件上喷到墨水而有影像。

雷射印表机

雷射印表机里面有一个滚筒状的物品，上面有很好的材料，在雷射光打在上面时会带电荷，因此只要把雷射光照在你要影印的那个图型（文字）上，照光完后就在图型（文字）上带电，再来把粉末喷上去，然后滚筒滚过去以后，只有被吸附的地方有粉末，也就是有图像，其他地方就没有东西，粉末就会掉落回去。影印机也是运用这个原理。

神经细胞

以神经细胞为例，钾离子在细胞里面多；钠离子在细胞外面多，任何东西都会由浓度高的扩散到浓度低的地方。因此，钠离子会想往细胞里面扩散，钾离子会想往细胞外面扩散，但是神经细胞膜在两侧建立起了电位，生命现象的根基在这些电位差之上。因此，钾离子想往外扩散被正电荷排斥，钠离子想往里扩散也被正电荷排斥，这是在神经细胞处于正常状态（没有指令）的情况下的情形。

当有一个刺激出现时，钠离子会往内跑，然后钾离子会往外跑，当去量负电位（膜的内侧）的时候，一开始是负电位，然后变成稍为正的电位，再来又变回负电位，这代表一个刺激已经过去了。神经的讯号就是经由每一个部位讯号的传达，因此，如果在神经细胞膜测量到这样的电位变化，表明有一个神经讯号过来了，称为神经传导。

磁的现象

磁铁外部的磁场是由N极出来S极进入，磁铁内部是由S极跑向N极，如何知道呢？费曼说：近代科学是一个实验科学，任何科学的东西一定要有实验来证明。因此，可以做一个小实验证明磁场的路径方向，把铁粉洒在磁铁周围，稍为抖动一下，就可以很清楚发现一些条纹，可以看出磁铁外部磁场的行径方向。再者，把线圈卷成圆形，变成一个螺形线圈，通入电流，也可以发现通电后的线圈有磁场的纹路，也可以发现内部与外部的磁场的方向。

地球本身就是一个大磁铁，将指针指向北边的方向定义成N极，根据定义（N极与S极互相吸引），地球这个大磁铁在北极的地方是S极，地球磁场大约是0.5高斯左右。

其实地球磁场在很多时候，地磁南北极并不固定。这一百多年来已经变化很多了，甚至有时候地磁南北极会互换（只不过从人类使用指针开始，没有经历这样巨大的变化）。

如何知道一个地方会有磁场存在呢？可以用仪器测量。如何去侦测磁场呢？如果有一个粒子带电荷，且在磁场里运动时（不动则不会感受到磁场给粒子的力），会受到跟运动方向垂直的力，这即为磁场的特性。可以从粒子受力大小和方向，知道磁场的大小和方向。

基本上一个带电的粒子，会受到电力（同性相斥；异性相吸），在磁场中会受到磁力。

如何产生磁场？最简单的方法：一条长直导线通入电流就可以产生磁场，所产生的磁场绕一圆圈。若是圆形线圈，所产生的磁场为向上（下）。在现实生活中要产生较大的磁场，用一螺线管缠绕多圈，就会产生较强的磁场。

磁场有什么作用呢？以传统电视的映像管为例，有很多电子打在荧幕上会发出亮光，而所看到的影像是控制电子打到所想要的地方。如何控制电子打到那里呢？一带电电荷在磁场中运动，会受到磁力而偏转，利用线圈所产生的磁场来影响电子的方向，来控制电子在荧幕中的位置，产生荧幕的影像。

现在，有一个线圈连接一个量电流的电表，当拿一个磁铁在线圈的圆心中央往前往后移动，会发现量电流的电表有电流通过。有一个区域的磁场发生变化，会产生一个力量去推动电子，这个实验就把电磁现象融合在一起。

在两个磁铁中间，放一个方形线圈并且旋转，会产生电流，使在磁铁端点的电灯发亮，这是发电机的基本观念。任何发电（水力、火力、核能）都是为了让线圈转动而产生电。

磁场在空间中改变会产生电场，麦克斯韦发现电场在空间中改变也会产生磁场。电场产生的方式有两种：一种是电荷在空间中运动会产生电场；另一种是磁场在空间中发生改变会产生电场。磁场也有两种产生的方式：电流通过导线会产生磁场；电荷在空间中产生的电场发生改变也会产生磁场。在二十世纪初，人类才知道电现象和磁现象是不可分开的，把这观念建立起来的是爱因斯坦，简称电磁现象。

电磁波

一个电磁波就是带着电场与磁场在空间行进的现象！换句话说，就是一个东西在空间中跑，会携带影响到电荷的电磁与磁场，这就是电磁波。电磁波在空间中有振荡的现象，某处的磁场大一点，另一处的磁场小一点，或是说同一点有时磁场大，有时磁场小，这样的情形就称为振荡（振动）。任何一种振动都有一个频率，而电磁波所带的磁场的大小，每秒振动的次数（频率）就使得这个世界产生各种奇妙的现象。

电磁波的频率范围非常广，可以从很小到很大。例如：收音机的讯号属于频率比较低的电磁波，之所以可以听到远方的广播电台，传递讯息（新闻，音乐等），这些讯号都是由电磁波传递的，广播的电波大约为每秒钟振动一百万次。频率再高一些是微波，微波炉也是利用电磁波的特质，使食物中可以加热。频率再更高一些的电磁波是红外线，因为红外线电磁波的频率是人体容易吸收的，所以晒太阳时会感觉到热。频率再更高一些的电磁波且范围很小的是可见光，也就是眼睛可以看到的电磁波。太阳发出的各种电磁波，强度最强的就差不多是可见光的范围。

频率比可见光更高一些的是紫外线，之所以会被晒黑也是因为紫外线。玻璃可以阻绝很多紫外线。再更高一些的是X射线，可以穿透皮肤，但是无法穿透骨头，因此照X光片，可以作为医疗诊断。

宇宙的基本作用力

在物理的宇宙观里面，只有四种作用力。

重力

强度最弱的力是重力。

电磁力

强度第二强的是电磁力，相对于重力是10的36次方。这个比较，是以在原子核中的质子间的作用力而言。

强相互作用力

强度最强的力是原子核里面的强作用力（称为强相互作用）。原子核中有许多中子与质子，质子带正电，中子不带电。原子核很小，质子带正电会互相排斥，那么理论上原子核应该不存在，因为许多质子相互排斥而又在那么狭小的空间，原子核应该爆炸。可是事实上有一个力存在，而且这个力要比质子的排斥力更大，把质子聚在一起，这种力就称为强作用力。吸引质子聚在一起的强作用力，比质子的排斥力大一百倍。

弱相互作用力

强度倒数第二弱的力是原子核里面的弱作用力（称为弱相互作用），强度为重力的10的15到次方。

弱相互作用力与强相互作用力的范围，基本上只在原子核的范围里面才会有作用，距离比原子核大一些就失去作用力。生活中的尺度都是很大的，远比原子核大上许多，因此这两个力对于日常生活是完全没有影响的。