电流和磁场-奇妙的电与磁
1820年的一天，丹麦科学家汉斯·克里斯琴·奥斯特正在哥本哈根大学给学生讲课。课堂上，他将演示通电导线。当电流接通时，导线附近的一个指南针动了一下，并改变了指向。
他大吃一惊，感觉是不是实验装置中的某些部件出了毛病。奥斯特作了进一步的研究，他在导线周围放置了好几个指南针，发现只要一接通电源，指南针的指针会环绕导线排成一个圆圈。
奥斯特的这一发现揭示了电和磁之间的联系。它们之间究竟有怎样的联系？为了搞清这个问题，我们必须先学习电流知识。
在第一节我们已经知道，所有物质内部都含有电子和质子，电子和质子都带有电荷(electric charge)。电子带负电荷，质子带正电荷。
电荷通过导线或其他导体时，就产生了电流。电流(electric current)是电荷在导体中的流动。单位时间内通过导线的电量就是电流强度。电流的单位是安培(A)，这是以科学家安培的名字命名的，常常被简写为“安”。电流的大小告诉我们每秒钟通过某一处电量的多少。
那么，电荷运动跟磁现象究竟有什么关系呢？吨流产生磁场。由直线电流所产生的磁感线是以导线为圆心排列的同心圆。电流的方向决定了磁场的方向。如果电流方向反向，磁场方向也随着反向。
安培做了大量的实验，研究电和磁现象。他假设所有的磁现象都是由环形电流产生的。例如，原子中电子的圆周运动，使原子成为小磁体。现代科学已经证明，安培的假设是正确的，即所有的磁现象都是由电荷的运动引起的。
电流不会自动在所有的导线中流动，电流只在电路中流动。电路(electric circuit)是电荷能够流动的闭合通路。所有的电器，无论是电烤箱、收音机，还是电吉他、电视机，都有电路。
所有的电路具有相同的基本特征。第一，有提供电能的电源。电源是电路工作的动力。第二，必须有用电器。收音机、计算机、灯泡和电冰箱都能将电能转化成其他形式的能。例如，灯泡可以将电能转化为光能(发出光)和热能(放出热)。第三，用导线和开关连接。为了使电路更形象，你可以画一个电路图。下一页中的“探索电路”给出了一个用符号来表示的电路图，这些符号分别代表电路中的各个元件。我们可以边学习电路，边认识电路中的各个元件及其符号。
电流能通过金属导线。电流也能通过塑料或纸张吗？不能，并非每一种物质都能通过电流。
电流能自由通过的材料叫导体(conductor)。像铜、银、铁和铝等金属都是导体。在金属导线中，一些电子可自由地在原子间移动，这些电子叫自由电子。当这些电子定向移动通过导线时，就形成电流。
你是否产生这样的疑问：为什么一闭合开关，电灯就亮起来？电子怎么会那么快就从电力公司到达你的电灯呢？其实，在你闭合开关时，电力公司并没有产生电子并送到你处，电子存在于组成电路的所有导线中。当你闭合开关时，导线一端的自由电子就被拉过来，导线另一端的自由电子被推过去，因此，只要电路一接通，就有电子持续不断地在电路中流动。
绝缘体(insulator)与导体不同，电荷不能在其中自由流动。绝缘体中的电子被紧紧地束缚在原子中，不能自由移动。橡皮、玻璃、沙、塑料和干木材都是绝缘体。
电荷通过一个电路时，必定通过电阻器。电阻器(resistor)阻碍电荷流动，就要消耗电能。导体对电荷运动的阻碍作用，叫做电阻(resistance)。
一种材料的电阻取决于该材料的原子结构。设想我们要穿过一个有人的房间。如果房间里的人很少，你就可以很容易地通过，不撞到任何人；如果房间里挤着很多人，你就会撞到别人。与此类似，一个电子移动时会撞到材料中的其他粒子。每一次碰撞，都使电子的一些能量转化成热能(可感觉到热)或光能(可看到光)。碰撞越多，电子能量转化成其他能就越多。
托马斯·爱迪生研制灯丝时就利用了电阻。爱迪生用许多材料做实验，他要找的材料，必须既能导电，又有足够大的电阻，以便通电时能热起来并发光。爱迪生试验过棉线、铜丝、蚕丝、碎玉米壳，甚至头发。直到他用竹片烧成的炭做实验，才取得成功。最后，他用钨丝取代了竹炭。金属钨能产生足够的热并发光，而本身不会熔化。
科学家已经发现，一些材料在极低温度下可变成超导体。超导体(suPerconductor)是一种没有电阻的材料。超导体与普通导体有非常大的不同。由于没有电阻，电流通过超导体时，就没有能量的损失。利用超导体制成的导线可以降低电能的损耗，提高电能的利用率。但超导体作为磁体的应用却受到限制，因为强磁场会破坏物质的超导性，使它重新变成普通导体。
超导体的最大问题是需要非常低的温度。现在已经发现一些新的材料，在相对较高的温度下也能变成超导体。目前，科学工作者正在研制实用的超导体。
