第八章 磁和電
"慈石"
中國"磁石"這個名字，就是從"慈石"轉變過來的，意思是，磁石吸引鐵就象一個慈愛的母親吸引自己的孩子一樣。奇怪的是，居住在歐亞大陸另一端的法國人也是用類似的名稱來稱呼磁石的。法文"aimant"這個字也有"吸引"和"慈愛"的意思。
磁石的這種"慈愛"力量並不很大，所以希臘人稱呼磁石做"赫丘利石"是過於天真的。如果古代希臘人對磁石的那種微弱的吸引力都這樣驚奇，那末當他們看到現代冶金工廠裏的磁鐵一次可以舉起幾噸的重量，又該叫它做什麼呢？當然，這不是天然的磁石，而是電磁鐵，就是把電流通過鐵心周圍的線圈使鐵磁化製成的。但是在這兩種情況下起作用的都是同一種性質磁性。
我們不能認為，磁隻能對鐵起作用。有許多物體也能受強大的磁力的作用，雖然不象鐵那樣顯著。金屬當中的鎳、鈷、錳、鉑、金、銀、鋁都能被磁鐵吸引，隻是被吸引的力比較小。還有一些所謂反磁性的物體，例如鋅、鉛、硫、鉍，性質尤其特別：它們能被強大的磁鐵所排斥！
液體和氣體也有被磁鐵吸引或排斥的性質，不過作用十分微弱；必須是非常強大的磁鐵，才能顯示出對這些物質的作用。例如純淨的氧氣就有順磁性，就是說，磁能夠吸引它。如果我們在肥皂泡裏裝滿氧氣，然後把它放在強大的電磁鐵兩極中間，這時候肥皂泡就會受那看不見的磁力的牽引，在兩極中間伸長開來。放在強大的磁鐵兩極中間的燭光會改變自己的通常的形狀，明顯地告訴了我們它對磁力的敏感性。
關於指南針的問題
我們向來都認為，指南針永遠是一頭指北，一頭指南的。如果有人向我們提出下麵這個問題，我們一定會覺得這問題是荒謬的：在地球上什麼地方，指南針兩頭都指北？
同樣荒謬的是問：在地球上什麼地方，指南針兩頭都指南？
碰到這樣的問題，你會肯定說，在我們地球上是沒有、也不可能有這樣的地方的。可是事實上這樣的地方是有的。
我提醒你一下，地球的磁極同地理上的南北極並不一致。這樣你也許就會猜到所問的地點是在地球上的什麼地方了。我問你，放在地理的南極上的指南針，它指的是什麼方向呢？它的一頭當然要指著附近的那個磁極；另一頭指著和這相反的一方。可是你從地理上的南極出發，無論走哪個方向，你都是向北走的。地理上的南極沒有別的方向。在它四周，處處都是北方。所以放在那裏的指南針兩頭都是指北的。
同樣，如果把指南針移到地理上的北極，那末它的兩頭都應該指南了。
磁力線
是照著像片畫下來的一張有趣的圖畫：畫上有一隻人的臂膊橫放在電磁鐵的兩極上，臂膊上向上豎著一簇簇鐵釘，好象剛毛一樣。臂膊本身是完全感覺不到磁力的：看不見的磁力線穿過臂膊的時候，是一點也不會暴露自己的存在的。可是這些鐵釘在磁力的作用下，卻順從地按照一定的次序排列著，讓我們看到那些依著曲線從一極走向另一極的磁力線的方向。
人類沒有能感覺磁性的器官；所以我們隻能推測在每一塊磁鐵的周圍都有磁力。可是用間接的方法來顯示磁力的分布圖也並不很困難。做這個試驗最好是用鐵屑。在一張光滑的厚紙或玻璃板上均勻地撒上一薄層鐵屑；拿一塊普通磁鐵放在厚紙或玻璃板下麵，再輕輕敲厚紙或玻璃板來抖動鐵屑。磁力是能自由地穿過厚紙或玻璃板的，所以鐵屑在磁鐵的作用下就要磁化；磁化了的鐵屑在我們抖動它們的時候，就會和厚紙或玻璃板分開，並且在磁力的作用下很容易轉過身來，落在磁針在這一點應取的位置上，也就是沿著磁力線排列起來。結果使我們明顯地看出那些看不見的磁力線是怎樣分布的。磁力造成了一組複雜的彎曲的線。你可以看出鐵屑怎樣從磁鐵的每一極輻射開來，又怎樣在兩極中間連接起來，形成一些短弧和長弧。這樣，鐵屑就讓我們親眼看到了物理學家所想象的情景，就是每一塊磁鐵周圍存在著的看不見的情景。離磁極越近，鐵屑組成的線就越密，越清楚。相反地，離磁極越遠，線就越稀，越不清楚。這就明白地向我們證明了，磁力線是隨著距離的加長而變弱的。
怎樣使鋼磁化？
讀者常常會提出這個問題。為了答複它，首先應該說明磁鐵跟沒有磁化的鋼有什麼分別？含在磁化了的或是沒有磁化的鋼裏的每一個鐵原子，我們都可以看成是一個小磁鐵。在沒有磁化的鋼裏，這些原子磁鐵是沒有次序地排列著的。因此，裏麵每一個小磁鐵的作用，都被相反方向排列著的小磁鐵的作用所抵消。相反地，在磁鐵裏，所有那些基本小磁鐵都整齊地排列著，所有同性的磁極都朝著同一方向。
當我們用一塊磁鐵來摩擦鋼條的時候，會產生些什麼情況呢？磁鐵會用自己的吸力使鋼裏的基本小磁鐵轉過身來；讓同性的磁極都朝著同一方向。圖94C清楚地指出這種情況：基本小磁鐵一開始就使自己的南極指向磁鐵的北極。等磁鐵移過一段路，它們就順著磁鐵運動的方向排列起來，使所有的南極都朝著鋼條的中部。
從這裏也容易明自，在使鋼塊磁化的時候，應該怎樣來運用磁鐵：應該把磁鐵的一極放在鋼條的一頭，緊緊地壓在上麵，然後順著鋼條擦過去。這個方法是最簡單也是最古老的一種磁化法，隻適宜用來製取很小而且力量很弱的磁鐵。強大的磁鐵是利用電流製取的。
龐大的電磁鐵
在冶金工廠裏，可以看到搬運十分重的重物的電磁起重機。這種起重機在舉起和移動鐵塊的工作上對鑄鋼廠和這一類的工廠作了相當大的貢獻。幾十噸重的大鐵塊或機器零件，都不必捆紮就能很方便地用這種磁鐵起重機來搬運。鐵片、鐵絲、鐵釘、廢鐵和別的各種鐵料，用別種方法來搬運都很麻煩，用了電磁起重機，就能不裝箱不打包，很方便地搬來搬去。