电流流经电路时在其周围产生磁场的现象.
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，街铁被吸引过来，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。
奇妙的电磁学现象
电磁炉
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。
大气中的电磁现象
高温超导的发展过程与研究现状
阿或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。
2.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。
（四）薄膜
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。
三、高温超导材料的应用
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，我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。
【电】的现象
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:天空打雷我们知道是电的现象,只是当时的人不知道如何去解释而已!
小时候玩的小游戏,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!
而我们现在是如何解释此现象呢我们知道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.我们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!什麼是物理只是一些整理过的事情!把这些整理过的事情,知道有排斥与吸引力,观念化成有两种电荷,命名为正电荷与负电荷.同性电荷会互相排斥,异性电荷会互相吸引.
我们可以发明很多很多的观念,有些观念很令人困惑而被遗忘;有些观念有价值而被流传;或只是一时被利用,重点是这些观念到底有没有用呢是否可以继续描述更多的事实呢
上述所描述电的现象如果是对的,在生活上有什麼实际效用呢例如:【喷墨印表机】,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,在板上中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,这样就可以在你要印的物件上喷到墨水而有影像了!
【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,因此你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,有如一开始所讲解的梳子可以把纸吸起来,然后滚筒滚过去以后,只有被吸附的地方有粉末,也就是有了图像了,其他地方就没有东西,粉末就会掉落回去!【影印机】也是运用类似的原理!因此静电是我们日常生活就在使用的知识,并不是死板板的在书里面的死知识!
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,我们生命的现象就是在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,这是在神经细胞处於正常状态(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,当我们去量负电位(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,这表示有一个神经讯号过来了,这就称为【神经传导】!
【神经传导】的情况是在几十年前才被发现的,原来神经细胞的作用,是一个完完全全【电路】的作用!
当一个神经不断的被刺激,膜内的钠离子愈来愈多,膜外钾离子也愈来愈多,因此,细胞必须把钠送回外面,使膜面钠浓度比膜内的浓度高,钾也是如此,这样一个复原作用会消耗人生命活动所需能量的25%!
【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,我们如何知道磁场的方向是这样子的呢费曼说: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,我们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了!
地球本身就是一个【大磁铁】,我们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!为什麼地球本身就是一个大磁场呢这牵涉到艰深的物理,暂不解说!
如果你认为地球磁场不会变,那你就错了!地球磁场在很多时候,地磁南北极是会乱跑的,这一百多年来已经变化了很多了,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),根据地质记录,地磁南,北极的互换可以在短短几十年完成!我们不知道,当地磁产生巨大改变时,会对人类文明造成什麼影响呢
我如何知道一个地方会有磁场存在呢可以用仪器测量,磁场对於物理学家来说一点都不神秘!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!就磁场这观念来说,我们并没有什麼不知道的东西!
磁场有什麼作用呢以我们看的传统电视的映像管为例,有很多电子打在萤幕上会发出亮光,而我们所看到的影像是我们控制让电子打到我们所想要的地方!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,我们就是利用线圈所产生的磁场来影响电子的方向,来控制他在萤幕中的位置,产生萤幕的影像!我们就是这样看到电视的,我们可以看到远在雅典的奥运棒球比赛,这比一些巫术还要更神奇呢!
现在,有一个线圈连接一个量电流的电表,当我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的通过,磁与电的现象联结在一起了!有一个区域的磁场发生变化,会产生一个力量去推动电子,这个小实验就把电,磁现象融合在一起了!
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炮发亮,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!我们利用电子在磁场中的受力而发电,这没什麼好神秘的!
我们刚才说到磁场在空间中改变会产生电场,马克斯威尔发现电场在空间中改变也会产生磁场,我们知道电场产生的方式有两种:一种是电荷在空间中会产生【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【电的现象】和【磁的现象】是不可分开的,把这观念建立起来的是爱因斯坦!我们简称【电磁现象】!从爱因斯坦确认电磁现象后,已经有一百年了,我们确信我们所知道的电磁现象的理解没有太大的改变,我们相信我们所认知的电磁现象是对的!这一百年来人类文明的发展都跟电磁现象有关系!
电磁波
一个【电磁波】就是带著【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【振动】,任何一种振动都有一个【频率】,例如:每秒振动20次,100次,1000次…等!所有的电磁波都是这样子的现象,而电磁波我们所能关心有【所带的磁场的大小】,【每秒振动多少次】,每秒振动次数的多寡(频率)就使得我们这个世界产生各种奇妙的现象!
电磁波的频率范围非常的广,可以从很小很小到很大很大,例如:收音机,收音机的讯号属於频率比较低的电磁波,我们之所以可以听到远方的广播电台,传递给我们的讯息(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,使食物中的水分可以加热!频率再更高一些的电磁波是红外线,我们在照红外线时会感觉到热,是因为红外线电磁波的频率是我们人体容易吸收的,所以我们照到太阳时会感觉到热,原因就是红外线的关系!频率再更高一些的电磁波而且范围很小的是可见光,也就是我们眼睛可以看到的电磁波,为什麼我们眼睛可以看到的范围是这些我们去看太阳发出的电磁波(有各种的电磁波),强度最强的范围就差不多是可见光的范围,如果相信【进化论】的人,就可以说那些接收不到可见光范围的视觉细胞,在生存上就处於劣势,剩下来的就是具备可以吸收可见光的视觉细胞的生物了,因为在竞争上处於优势!
对我们的生活,从远古以来我们哺乳类的这个分支,我们不需要感受到可见光以外的电磁波,因为这些以外的电磁波,太阳给我们的强度都太过於小了!前阵子有一篇报导,有一种鱼是生长在深海,看不见阳光,因此鱼一生下来,它的基因就会产生一个机制将眼睛破坏掉,因为眼睛对於这种鱼在深海中的生活是没有用处的,存在只是在浪费自己身上的能源,也浪费自己的注意力.所以在这种环境下鱼的脑细胞自动的将眼睛的功能给解除掉了!同样的我们人也不需要看到可见光以外的电磁波(光),也许在演化上的人类,有人可以看到可见光以外的光线,也许现在也有人可以看见,但是这对於我们的生存是没有必要的!频率再比可见光更高一些的是【紫外线】,这是很多爱美的女性所害怕的,我们之所以会被晒黑也是因为紫外线,我们所知道的是玻璃可以阻绝很多紫外线,因此冬天隔著玻璃晒太阳会感觉到温暖,因为玻璃可以让红外线通过,而不能让紫外线通过!再更高一些的是【X-ray】,可以穿透皮肤,但是无法穿透骨头,因此我们有时会去照一些X光片,作为医疗上的诊断!
以上谈了那麼多的【电磁波】,在我们日常生活中可以听到收音机,可以微波加热,可以拍摄到我们人体内部的X光片,与我们不喜欢的紫外线,这些都只是【电场】与【磁场】在空间中的交互作用,在空间中的变化而已!
宇宙的基本作用力
【宇宙】中到底有那些【作用力】影响著我们,使得我们这个宇宙如是运作呢我们的世界被那些因素宰制呢有那些力量影响我们呢一神教的世界观裏,基本上答案只有一种,叫做【上帝】!在物理的宇宙观里面,我们认为只有【四种作用力】影响著我们这个世界!
强度最弱的力是我们所熟知的【重力】,我们天天都是受到重力影响,【东西往下掉,我们不会飞】,都是因为重力的关系!
强度第二强的是我们刚才详细介绍的【电磁力】,那到底有多强呢相对於重力是【10的36次方】!这个比较,是以两颗拘限在原子核中的质子间的作用力而言,以下力的比较亦同.
强度最强的力是【原子核里面的强作用力(称为强作用力)】.为什麼原子核里面的这个力需要那麼强呢我们知道我们身体中有一些碳,氢,铁…等许多的元素,我们知道原子核中有许多中子与质子,质子为带正电,中子不带电,我们知道原子核里面很小,又知道质子带正电会互相排斥,那麼理论上原子核应该不存在,因为许多质子的排斥而又在那麼狭小的空间,原子核应该会爆炸掉才对!可是事实上我们还存活在这边,我们体内的元素里的原子核并没有爆炸,因此我们知道还会有一个力存在,而且这个力要比质子的排斥力还要更大才可以,要把质子抓在一起,而这种力就称为【强作用力】!而我们实际去测量得到的结果也是一样的,吸引的质子聚在一起的强作用力,比质子的排斥力大上一百倍之多!
强度倒数第二弱的力是【原子核里面的弱作用力(称为弱作用力)】,强度为重力的【10的15到次方】!
【弱作用力】与【强作用力】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些就失去作用力了!我们生活中的尺度都是很大的,一只蚂蚁,或一个分子,都远比原子核大上许多,因此这两个力对於我们日常生活是完全没有影响的(除非做原子弹或在核电厂上班),虽然这两种力是构成我们生存的要素!
经过近百年的科学发展,我们知道我们日常生活中,影响著我们的两个力,就是【重力】与【电磁力】!我们的听觉,视觉,触觉,各种奇妙的现象,各种生活经验,除了会让东西一直往下掉的重力以外,最重要的就是【电磁力】!