4.1 电能生磁

制造能够自动计算的机器并不是人类唯一的梦想。自古以来，人类的梦想很多，比如在蓝天上飞翔、长生不老、在很遥远的地方看到自己的亲人或者和他们交谈，等等。人是活的，因为各种各样的原因，人们要四处活动。有的时候，活动范围太大，就会离自己的亲人和朋友很远，很可能需要很长时间，甚至几年才能见面。在这种情况下，产生一缕缕乡愁是再自然不过的事情——哎呀，要是能有什么办法让他们仿佛近在眼前就好了！

这是游子们的想法。而对于商人来说，他们更希望有办法能及时与千里之外的同伴们进行联络，让他们知道他所在的地方需要茶叶、蚕丝或者不计其数的腋窝需要除臭。此外，当有外敌入侵时，士兵们也需要有办法能快速地通知后方，让皇帝老儿赶紧派兵，骑着战马前来御敌。在古代，他们能想到的最好的办法就是在长城上点燃烽火，通过接力的方式来传递这些信息。

如果速度不是问题的话，在从前那种没有任何电信设施的年代，使用邮政可能是一个好办法。但是实际上，速度恰恰是人们最关心的问题。但是，这个问题也只有在电走进人类的生活之后才有可能解决。

我们知道，电流的速度是最快的，大约每秒可以传播30万千米。地球很大，大得像个西瓜，全地球的人加起来有好几十亿，竟然没有一双腿能跑得和电一样快，说起来还真是失败。所以，如何能用电来传递信息就成了人们需要认真研究和思考的问题。毕竟，在人们对它进行改造以适合传递信息之前，它只能用来在另一个地方生成光和热。看起来我们还有一段路要走。不过，在找到解决办法之前，我们应该先来研究一下钉子。

我们要研究的是普通的钉子，也就是我们在生活中经常看到的那种，可以用来把东西钉在墙上，或者被木工师傅用来做家具。

一颗普通的钉子没有磁性，不能吸引别的东西。但是要让它具有磁性也不难，只需要像图4.1那样用一根导线绕在上面：

图4.1 用电线绕在铁钉上就能制成电磁铁

要制作这样一个小玩意儿，你最好找一颗比较大的钉子，这样制作起来比较顺手，另外不要采用裸线（也就是没有绝缘外皮的导线。如果要形象一点说的话，就是那些没穿衣服的导线），否则当它们绕在钉子上时，匝与匝之间会因为被铁钉短路而失去效果。注意，这里使用了一些电子技术领域里常用的词汇，比如“匝”，它的意思是“周”，环绕一周称为一匝。尽管不使用这些词汇也能讲清楚这里的一切，但是你应当掌握它们，因为它们经常在别的地方、别的书籍和文献里被频繁使用。

如果有条件，你可以使用较粗的漆包线来绕制。漆包线，顾名思义，就是导线的表面包裹着一层漆皮，它可以起到绝缘作用。初次看到漆包线的时候，它那金黄的颜色容易让人想起金子，不过，哎呀，真可惜，它不是。要使用它，你得先用小刀刮掉或者用打火机烧掉线头处的漆皮，使里面的导线露出来。漆包线可以在电子商店里买到，价钱也非常便宜。如果实在没有条件就用裸线，但是要事先在钉子上裹一层纸，并确保在绕线的时候，匝与匝之间分开。

应当绕多少匝，这个没有规定，当然越多效果越好，记得我小时候一般绕几十匝，一层绕不下再往回绕，这样可以绕很多层。记住，如果你使用的是裸线的话还必须在层与层之间垫上纸，并且保证匝与匝之间是分开的。当这样一个小玩意儿制作完成后，如果你把它接到一节1.5V的电池上，你会发现它竟然能吸引钉子、铁管子等含铁、镍、钴的物体。

科学真是了不起，这个小玩意儿最令人称奇的是它居然那样简单，以至于人人都有条件来制作它，而且的确值得一试，它的名字叫电磁铁（你没有理由记不住这个名称，除非你现在还在想：磁铁是什么东西？）。

现在我们都知道，当一根电线有电流通过时，就会在它的周围产生微弱的磁场。电能生磁的现象叫做电流的磁效应。毫无疑问，这是一个伟大的发现，但很遗憾，我们不是第一个发现这种现象的人，这个荣誉属于丹麦物理学家奥斯特（1777—1851年）。

1820年的一天，一个偶然的机会，奥斯特发现当电路接通时，离电线很近的磁针会发生偏转。这磁针相当于指南针，在地球这个大磁铁的作用下会指南指北，对于经常在野外转悠的人来说非常有用。别看现在我们都呆在温馨的家里，打扮得亮晶晶地，嗑着瓜子看着电视。要是在野外迷了路，又没有指南针识别方向，一想到自己这辈子将一直待在那里，和那些嫩绿的花草树木，以及穿梭于其中的、不知道是什么的虫子相伴，再勇敢的人也有可能哭得像小女生。

由于这一发现，奥斯特又惊又喜，激动万分。在连续进行了一段时间的实验和研究之后，于当年发表了题为《磁针电抗作用实验》的论文，向科学界公布了他关于电流磁效应的发现。说到“电抗”，这听起来像是打架，不过不要惊讶和奇怪，在那个电磁学刚刚起步的时代，这已经是最好的术语了。

奥斯特的偶然发现说明了一个事实，那就是电流可以产生磁场。不用怀疑，你家里的电线周围有磁场，你听音乐的耳机线也有磁场，它之所以吸不起小铁钉，只是因为太微弱。要是你把电线绕起来，这就相当于很多小磁场的叠加，磁力就会大大地增强。也就是说，匝数越多，磁场越强。

使用电磁铁的一个显而易见的好处是，当你把散落在地上的钉子都吸到一起时，不用再费力地把它们摘下来放到钉盒里（通常这是令人非常烦恼的），只需要断开电流就行了。电流能产生磁场这种现象吸引了很多人制作了各种各样的新鲜玩意儿，它们大部分实际上就是电磁铁。那时，人们制作电磁铁的兴趣是如此高涨，据说1831年，美国人约瑟夫·亨利制作了一个体积并不是很大的电磁铁，能吸起重达1吨的铁块。

亨利是美国物理学家，从小就是一个有志向的人，不过麻烦在于他总能因为各种原因找到新的志向。一开始，他在剧本创作方面找到了属于他的人生意义。可是不多久，也许是因为这样无法维持生计，他又到钟表修理铺当学徒，给那些残疾的指针和发条治病。最后，因为读了一本自然科学方面的书，又激发了他上学的兴趣。后来当过教授，教过数学，讲过哲学，最后坐到大学院长的位置上，终于一不小心开始迷上了研究电磁铁。他制造的电磁铁之所以性能更好，原因在于为了使线圈能绕得密集一些，他采用了用细纱包裹的绝缘导线（当时，还没有采用给导线上漆的方法来制造漆包线的技术），这样匝与匝之间可以紧挨在一起而不用担心短路。现在，我们制造的电磁铁可以毫不费力地吸起几十吨重的东西，轻松地把一些东西从一个地方搬运到另一个地方。