梅乐芝经理的科普文章 （十一） (1/6)

第11节电磁波

现代社会已经无法离开电。人类最早可见到的电就是自然界的闪电，琥珀和毛皮摩擦产生电的效果也见诸文献，古希腊的泰勒斯曾描述过。

前面讲述了物质的组成。当原子的内部结构明确后，这些摩擦生电的原理就很清晰了。某些物质对电子的吸引力较小（羊毛），失去了原子中的一些电子，聚集在那些对电子吸引力大物质上（琥珀）。这些多余的电子会诱导小物体（纸片）的电子趋向远离，导致靠近电子的区域带正电（称为电荷感应），正电和负电相吸引，使得小物体被吸到带电物体上。为了统一称呼，电子称为负电荷，失去电子的原子称为正电荷。

夏日多雨，天空中经常出现闪电。高速暖湿气流和冰晶摩擦，导致双方大规模的电子转移。当电子聚集足够多时，正负电荷之间的空气也发生电子转移，某些气体分子失去电子，某些分子得到电子，导致正负电荷之间形成一条通路，使得正负电荷相会。称之为空气击穿。在我们眼中，就是闪电。有时候大块云朵都是同一种电荷，附近没有释放对象。这时候就有可能对地面放电。当带电的雷雨云临近时，电荷感应会使得地面的树木、建筑带上相反电荷。某些情况下，电荷太多，导致建筑的尖端出现电光，称为电晕放电。现在我们谈论的都是静止的电荷，简称静电。但电荷流动时，可称为电流。

多数金属都可以导电，称为导体，电荷可以自由通过。电荷无法自由通过的称为绝缘体。我们制造电荷感应的材料都是绝缘体。还有一类材料称为半导体，西南介于导体和绝缘体之间。

观察：

人体剧烈运动后，容易带电。冬天空气干燥，是良好的绝缘体。身着大量衣物，而且衣物鞋子也都是绝缘体。所以在冬天人体电荷就容易积攒下来。还可以表演特异功能，让旁人把水龙头开细细的水流，用手指靠近水流，发现水流弯曲了。（静电多的人，触摸集成电路可能会造成破坏。）

复印机，就是静电的应用。1.给复印鼓充满负电荷。2.强光照射被复印对象，反射至复印鼓上，白色反光照射的地方变导体，导致充的负电消失，无反射光的地方继续保持负电。3.使用复印鼓吸附碳粉，则有电荷的区域有碳粉。4.给纸张上充更多的负电，将碳粉吸到纸张上。5.高温下，碳粉完全融入纸张。完成复印。摸摸复印出来的纸，还有点热呢。

避雷针，是高层建筑都必须有的设施。避雷针下面通过氧化锌接至地面。平常时氧化锌保持绝缘状态。雷雨云经过，大量感应电荷集中在避雷针尖时，当闪电发生时，瞬间高压下氧化锌变为导体，使闪电电荷被释放到地面上。同样雷雨天气，旷野中人就成为天然避雷针，因此要避免雨天在旷野中行走。

飞机在飞行过程中，外表金属和空气、云雾摩擦，产生大量电荷。在降落时，需要将这些电荷放掉。所以飞机的轮胎是可以导电的。长途汽车后轮附近有铁链拖着地面，可以防止静电积聚，特别货物是易燃物品时。

现代工业生产会产生大量废气，同时伴随着大量烟尘。使用静电过滤装置，就可以大幅度降低空气中烟尘的排放量。

现在干电池还经常使用在照相机，手电筒，电子打火器等场合。干电池的原型是意大利人伏打最早制作。铜片和锌片浸泡在盐水中，就持续产生电，多组铜锌对串接起来，构成伏打堆。就是最早的电池。电池的唯一好处就是便于携带，在没有电力供应的场所可以使用。

观察：

有考古论证，在2000多年前，两河流域就有原始的铜铁电池，波斯人用来电镀。无论原始还是现代，电池都是金属和导电液的混合，当电池电力耗尽时，随意乱扔造成污染问题。因此废旧电池要专门收集。

原始电池和早期电池都是只有使用一次。后期出现充电电池，镍镉、镍氢、锂电池等类型。其中锂电池没有记忆效应，容量大，只是价格稍贵。是日本人吉野彰于1985年研制成功。汽车的蓄电池要求功率很大，一般使用铅酸电池。

动物在演化中，某些种类也可产生电，作为捕猎和防御武器。浅海电鳐、亚马逊电鳗、刚果电鲶都可以产生高压。体内都是大量伏打电堆叠加。

天然磁石对铁有吸引力。在人类文明进入铁器时代（最早赫梯文明公元前1400年）后可能更易发现这一现象。因为地球也可当作大磁铁，因此条形磁石指向地球的磁极。由于磁极和地理上的南北极相差不远，可近似当作南北方向。因此磁石就可作为方向指示器。司南就是最早的方向定位工具。

电荷有正负之分，磁极有南北之别（n表示北，s表示南）。同样是同性相斥，异性相吸。区别在于正负电荷可单独存在，磁铁永远都是南北共存。铁被磁石吸引，也能产生磁性。后来发现钴和镍也有同样属性。现在实验使用的磁铁，都是经过磁化后的钢棒。

丹麦人奥斯特发现电流可以对磁铁产生作用。法国人安培证实了电流对电流也有作用。表明了电和磁可以相互作用。现代常用电产生强磁性，称为电磁铁。

实验表明，铁以及类似材料的磁性效果，是因内部存在大量微小的磁性单元。每个磁性单元就像小磁铁一样有磁性，分南北极，称为磁畴。但整体是杂乱无章地分布，导致整体无磁性。当外加磁铁后，