大家好,我是电和磁的统一体,你们可以叫我“电磁场”!我从不是电与磁两个独立的个体,而是密不可分的完整存在。
我的性格很鲜明:天生爱动,绝对讨厌静止!动起来,才是我真正的模样。而我的一切“行为习惯”,早就被一位科学家用四句话写进了“说明书”里,请慢慢听我道来。
️ 1、电一动,磁就到。
你们说的“电流”,其实是我在“跑步”。当我体内的电荷沿着电线向前奔涌,我会立刻披上一件无形的“磁力斗篷”——磁场,就这样出现了。
通电的线圈能吸起回形针,电动机能带着扇叶不停转动,手机里的扬声器能传出声音……这些都是我在打招呼:“嘿,我来了,带着‘磁’一起!”
这背后,藏着我“说明书”的第四句话:“变化的电,能催生磁;电流也能催生磁”。简单说就是,不仅电荷跑起来(电流)能召唤出磁场,就连电线里来回晃的“变化电场”,也能直接“变”出磁——这就是“电一跑,磁就到”的终极原因!
️ 2、磁一动,电就跑
反过来,“磁”动起来,我也会立刻唤醒体内的“电”。
拿一块磁铁,在铜线圈里来回穿梭,哪怕没有电池,我体内的电荷也会被“摇醒”,开始顺着线圈流动——灯泡亮了,电流有了,这就是“磁生电”的魔法。
这对应着我“说明书”的第三句话:“变化的磁,能催生电”。磁场只要一动(比如磁铁在线圈里穿梭),就会“催生出”电场,逼着电荷跑起来,电流自然就有了——这就是“磁一动,电就跑”的秘密!
3、最酷的本领:自己推自己,变成“光”穿越宇宙
不用电线,我照样能在太空中奔跑,这是我最骄傲的本事,全靠“说明书”里第三、四句话的“神仙配合”。
想象一下:我先让“电”轻轻抖一下(变化的电场),根据第四句话,它会立刻催生出“磁”;这“磁”一出来也跟着晃(变化的磁场),根据第三句话,它又会催生出新的“电”……就这么“电生磁、磁生电”,自己推自己,像海浪一样向前翻滚,嗖地一下飞出去!
这个飞在空中的“电磁波浪”,有个你们熟悉的名字——光。阳光、彩虹、手机屏幕的亮光,全是我在宇宙中跳舞的身影。不止光,收音机的无线电波、手机的微波信号、医院拍片的X光……本质上,都是我靠“电生磁、磁生电”跑出来的模样!
4、揭开我真面目的两位“伯乐”。
很久以前,人类以为电和磁是毫不相干的“陌生人”,直到两位科学家,才看清我“电磁侠”的完整模样,还写下了我的“说明书”。
第一位:给我写“说明书”的麦克斯韦
1831年,英国科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦出生了。他从小爱追着“为什么”问,长大后用四个数学公式,写下了我的“说明书”(即麦克斯韦方程组),把我的所有习惯都说透了:
1.“电的源头是电荷”:我身上的“电”不是凭空来的,老家是正、负电荷(比如电池正极、摩擦的静电),就像水的源头是泉眼。你摩擦气球吸碎纸,就是因为气球有了“电荷”这个“电源头”。
2.“磁没有单独的‘源头’”:我的“磁”从来没有单独的“磁荷”(比如只有N极的磁铁),磁力线永远是闭合的圈,从N极出来,一定会绕回S极。你把磁铁掰成两半,每一半还是有N、S极,这就是磁的“无源头”特性。
3.“变化的磁,能催生电”(对应“磁生电”);
4.“变化的电,能催生磁;电流也能催生磁”(对应“电生磁”)。
这四句话凑在一起,第一次证明:电和磁是同一个整体,能互相催生,还能变成波飞向远方。可惜麦克斯韦48岁就去世了,没亲眼看到自己的“说明书”被验证,但他的公式,成了现代通信的“基石”。
第二位:用实验去验证“说明书”的赫兹。
麦克斯韦去世8年后,德国科学家海因里希·赫兹出生了。他读到“说明书”时,决定用实验证明“我真的能变成波飞出去”。
1887年,赫兹做了个简单实验:用“发射器”(通交流电的线圈)制造变化的电场,再用带缺口的“接收器”放在远处。当发射器的电一动,接收器的缺口里居然冒出了火花——这说明,我真的变成电磁波“飞”过去了!
他的实验,第一次“抓住”了我奔跑的身影,也让人类彻底相信了麦克斯韦的“说明书”。后来,人们把“频率”的单位叫“赫兹(Hz)”,你手机信号的“多少Hz”,就是在致敬这位“验证说明书的人”。
我电磁场无处不在:你开灯时,我是电流与磁场的共舞(对应第四句话);你刷视频时,我是靠“电生磁、磁生电”跑过来的微波信号(第三、四句话配合);太阳照在你脸上时,我是跨越1.5亿公里的阳光,在轻轻拥抱你。
我不是电,也不是磁,我是两者的统一体——电与磁的统一场,光与信号的创造者,宇宙中永不停歇的舞者。