温差电效应。1821年，德国物理学家塞贝克发现了如下一种奇怪的现象：把两根铜丝接在电流表的两个接线柱上，使两根铜丝的另外两端分别与一根铁丝的两端相绕缠在一起。然后，把相绕缠的一端放在盛有冰水混合物的容器里(冷接头)，保持低温；另一端放到火焰上加热，使它升到很高的温度(热接头)。这时候就可以发现电流表的指针发生了偏转，这说明电路里有了电流。这种电流当时叫做热电流，后来就叫成了温差电流。温差电流的大小同两种金属的性质有关，还与两个接点上的温度差有关。温差电效应可以用来测量温度，制成灵敏度很高的温差电偶温度计。对于半导体来说，这种效应用处更大，可以制备温差电池，用来发电或作为电源使用。
电致伸缩效应。在自然界中有些物体的性能很特别，像石英、电气石等晶体，在它们的两个表面上施加压力或拉力，两个表面就会分别显示出正、负电性。这种现象就叫做“压电现象”。反过来，把这类晶体的两个表面和电源的正、负极相连，就会发现在电流流过晶体的时候，晶体就会发生机械形变，伸长或收缩。这种现象就叫做“电致伸缩”。利用电致伸缩原理，可以制造超声波发生器、晶体耳机等。
最后，我们再看一看电流的生物效应。自从伽伐尼发现动物电以后，电流的生物效应越来越引起了人们的关注。在长期的研究和实践中，人们逐渐认识到各种生物体都有生物电流的存在。大家都知道的心电图、脑电图，就是把人体心脏或脑部产生的电流，经过仪器处理后再显示出来的图像。外界电流对人体的各个部位能产生不同程度的影响，这也是电流的生物效应。早在18世纪中叶，就有人用电治疗过麻木的手指。现在，电疗已成为常见的一种治疗手段。有的科学家还设想；如果把声音信号变成电信号，然后用它去刺激聋人的适当部位，就有可能使他们的听觉得以恢复，这可能会给成千上万的耳聋病人带来福音。
此外，还有电流的磁效应，这也是本书主要讨论的内容之一，在以后的内容中你还可以看到“电”与“磁”种种奇妙的关系。
最早的发现
我们的祖先早在远古时代新发现一种石头能吸引铁钉子，当时就把这类石头叫做“慈石”，意思是说它可以吸铁，就像慈爱的妈妈能吸引自己的子女一样具有吸引力。公元前3世纪，也就是离现在2300多年以前的春秋战国时期，在《吕氏春秋》这部古典名着里，就有“慈石召铁”的记载，意思是说“慈石可以吸引铁”。
秦始皇统一中国以后，他为了逍遥作乐，不惜耗费大量的人力和物力，建造富丽堂皇的阿房宫。由于他的这一举动很不得人心，曾多次遭到行刺，但都侥幸脱险，因此他整日提心吊胆，生怕被人刺死。于是秦始皇在建造规模宏大的阿房宫时，为了防范刺客人宫行刺，他命令建筑工匠们在大门上设计安装了秘密的警卫装置。聪明的工匠们根据已有的经验，用当时还叫“慈石”的原料修建了大门。对此，在一本叫做《三辅黄图》的书中就有记载。书中写着：阿房宫“以磁石为门”，“朝者有隐甲怀刃，入门而胁止”。意思是说，阿房宫的门是用磁石砌成的，进去的人如果有暗藏武器的，一进门就能被发现。可见，有了磁石门以后，身披铁甲，怀揣利刃的刺客想冯进阿房宫是办不到的，一到门口就会立即被识破。
用磁石垒成磁石门，这是我们的祖先在科学技术史上的一大创举。后来，我们的祖先还发现磁石有指示南北方向的性质，利用这种性质，在2000多年以前，中国人就发明了世界上第一个指南工具，取名叫“司南”。它的形状像把勺子，放在一个光滑的平板上，轻轻转动并当它停下来的时候，它的把柄一端就指向南方。后来，司南就逐步演变成使用更为方便的指南针，也叫罗盘，并传到了世界各国。有人说“中国是磁的故乡”，确实当之无愧。
在长期的实践活动中，人们把能吸引铁一类物体的性质，叫做磁性，把具有磁性的物体叫做磁体，如果磁体的磁性能长期保留的活，这种磁体就叫永磁体。永磁体有天然磁体和人造磁体。人们通过对人造磁体的研究，发现它有两个磁极，一个叫南极，也叫S极；另一个叫北极，也叫N极，在两个磁极的地方吸引铁质物质的能力最强。
同正负电荷之间会发生相互作用一样，磁体不同性质的两个磁极之间也有相互作用力，这种力叫做磁力。同名的磁极相互排斥，异名的磁极相互吸引。所不同的是，正负电荷可以分开，而一个磁体的南极和北极却不能分开。长期以来人们做了许多实验，发现无论把一块磁体分割成多少小块，每一小块仍然会含有一个南极和一个北极。一个磁体上的南极和北极是永远不会分开的，它们总是成对出现，是怎么也分隔不断的。
把一根没有磁性的铁钉放在条形磁铁一端的附近，它立刻就会变成有磁性了，也就能吸引铁屑了。这种把原来没有磁性的物体变成有磁性物体的现象，就叫做磁化，也叫做磁感应。不同的物质磁化情况是不一样的，因此它们有不同的用途。
与电荷周围存在着一种叫做电场的特殊物质一样，在磁体周围也存在着一种特殊形式的物质，我们把它叫做磁场。磁力就是通过磁场的媒介作用来传递的。
大家已经知道，客观存在的东西就是物质，它的存在是不以人的意志为转移的。但是，大家可能还不太了解，客观存在的物质有两种形式，一种是有形的物质，它由分子、原子组成，看得见，摸得着，比如，铜、铝、钢铁等等；另一种是无形的物质，它不是由分子、原子组成，看不见，摸不着，但是它具有物质的摹本属性，比如具有能量等等，科学实验中也是可以测量的。比如我们现在谈到的磁场，还有前面讲到的电场，都是这样特殊形式的物质，它们确实是客观存在的一种具体的东西。
人们虽然很早对磁场就有了一定的了解，但只局限于一些直观的现象，而对磁本质的认识却很晚。经历了漫长的岁月之后，直到1820年丹麦人奥斯特才把这个秘密揭示了出来。
神秘的“魔力”
相传曾经有甲、乙两个人争论过一个问题，事情的经过是这样的：
甲提了个小木箱，箱盖上有提手，箱底包了一块比较厚，的软铁。他把小木箱放在了一张和地板固定的特制的桌子上。甲轻轻地提起箱子晃动了几下，对乙说：“你别看这箱子不大，我能用魔法让它变得很重，谁也提不动，你不信可以试试。”乙说：“你别吹牛了，我的力气可大了，一个小箱子还提不起来？”于是他轻松地把小箱子提了起来，并举过了头顶。甲说：“别着急，待我向箱子使用魔法以后，你就提不动了。”这时甲发出了一个口令：
“变重，”同时又做了一个手势，然后对乙说：“现在我的箱子已经有了魔力，你绝对提不起来。”乙显得很不服气，瞟了甲一眼，满怀信心地又去提箱子。可是这一次真的不顶事了，他无论如何用力，小木箱就是不动，结果还累得满头大汗，气喘吁吁，只好向神奇的魔力认输了。这时，甲在一旁哈哈地大笑了起来。
这究竟是怎么回事呢？原来是甲在桌子里安装了一个强大的电磁铁，磁极就在桌面上，正好木箱的铁底就放在了磁极上。甲所说的“魔法”，不过是开动了一下电源开头，所说的“魔力”，其实就是电磁铁的磁力。在未通电时，电磁铁没有磁力，小木箱可以轻易地被提起来；当通上电流以后，电磁铁的磁力很大，将小木箱的铁底牢牢地吸引住了。因此，乙就提不起来了。
那么电磁铁又是怎么回事呢？最简单的电磁铁就是插入铁芯的螺线管。对它通电以后，由于铁芯被磁化而磁性会很强，一旦电流断开，电磁铁的磁性就几乎完全消失了。不管什么样的电磁铁，都是根据这一原理做成的，它的磁性强弱，与通电电流的强弱和线圈匝数成正比。也就是说，匝数越多，电流越强，电磁铁的磁性就越强，所产生的磁力也就越大。
电磁铁的磁性可以用电流的通断来控制，磁性的强弱可以用电流的强弱来调节，磁极的极性可以用变换通电电流的方向来改变。因此，使用电磁铁十分方便，在生产、生活、科学研究等各方面，都得到了广泛的应用。比如，钢厂里的电磁起重机，作为通讯工具的电话、电报，自动控制用的电磁继电器，工业上的电磁选矿机，科学研究中的电学仪器等等，都巧妙地运用了各种形式的电磁铁所产生的“魔力”。
历史的转折
1681年7月，法国物理学家阿拉哥记载了由于雷击引起铁质物体磁化的事实。此事引起了很多科学家的深思。到了18世纪，人们发现闪电实际上就是通过空气的强大电流，于是就自然地联想到电与磁之间是否存在着某些联系呢？为了弄清楚这个问题，丹麦科学家奥斯特付出了辛勤的劳动，立下了头功。
1820年，奥斯特精心设计了一套实验装置。当他把一个指南针移近一根通有电流的导线的时候，奇迹发生了！他意外地发现指南针偏转了，而且偏转得还很厉害。于是奥斯特断言：不但磁铁具有磁性，电流也具有磁性，也可以产生磁力作用。奥斯特本想通过实验来说明电与磁缺乏联系这一观点，然而在无意中却得到了相反的结果。这个偶然的发现，揭开了电流可以产生磁场的秘密，这就是着名的奥斯特实验。
从阿拉哥看到雷击能使铁质物体磁化，到奥斯特实验发现了电流的磁效应，整整经历了140年的时间。科学家们终于初步揭开了磁和电的联系，这是人类认识上的一次飞跃，也是电磁学发展过程中的一个里程碑。
读到这里，也许你会提出疑问：磁性起源于电流，可是永久磁体的磁性又是怎么回事呢？它们没有通过电流啊！
差不多与奥斯特同时，安培也发现了电流的磁效应。1822年，安培进一步提出了分子电流假说，他认为在原子、分子或分子团等物质微粒的内部，存在着一种叫做分子电流的环形电流，正是它的存在，使每个物质微粒都形成了一个小磁体。物体在没有磁化时，所有分子电流的方向是杂乱无章的，它们形成的小磁体也乱七八糟地排列着，使分子电流的磁性都相互抵消了，物体对外不显磁性。当物体被磁化的时候，在外磁场的作用下，所有分子电流产生的磁场方向变得大致相同，因此就合成了一个比较强的磁场，这就是磁化了，对外就显示出较强的磁力作用了。
安培的分子电流假说，既解释了物体磁性的起源，也说明了磁性的电本质。在后来的进一步研究中，科学家们认识到分子电流就是由原子内部的所有电子绕原子核运动和电子自旋运动所形成的一个等效的电流，这就进一步证明了安培假说的合理性。
从上面的事实人们自然会联想到，既然电流能产生磁场，而电流是由电荷的定向运动形成的，因此只要有电荷的运动，就一定伴随有磁场的产生。假如电荷不运动，那么它只有电场，决不会产生磁场。
地球磁场
在第二次世界大战中，出现了一种叫做磁性水雷的新式武器。当军舰在布雷区上方的水面上通过时，水雷就像长了眼睛一样，自动迅速地追击军舰，准确地把它炸沉。
为什么磁性水雷这样神通广大呢？这是因为地球是个巨大的磁体，在它的周围充满了磁场。用钢铁材料制成的军舰被地球的磁场所磁化，变成了一个在海上游动的磁体，于是就产生了“军舰磁场”。在磁性水雷中有一个可以绕水平轴转动的磁针，用来控制起爆电路。当带有磁场的军舰驶入布有磁性水雷区域的时候，水雷会受到军舰磁场的作用，其内部的磁针就会转动起来并接通起爆电路，从而将军舰炸沉。
指南针总是指向南北方向的事实，正好也说明了地球磁场的存在。但一般说来，地磁场比较微弱，它的强度只是常见的永久磁铁磁场强度的万分之一。根据异名磁极相吸的原理，指南针南极应指向地磁场的北极，而指南针的北极应指向地磁场的南极。可见，地磁场的南极位于地球的北极附近；而地磁场的北极位于地球的南极附近。
但是，连接地磁场两极的地磁轴与连接地球地理位置两极的地理自转轴并不重合，两者之间有一个不大的交角，这个角叫做地磁偏角。早在公元11世纪，我国古代科学家沈括通过精心的观察，发现磁针并不指向正南，而是略微偏向东一些。这是科学史上对地磁偏角现象第一次做出的正确解释，这要比欧洲人对这一现象的认识早400多年。
现在我们来做一个实验：把磁针用一根细线穿过它的中心悬挂起来。这时我们会发现磁针的指北端向下倾斜，指南端向上翘起，磁针不是停留在水平位置上。假如这个实验是在南半球做，情况正好相反，磁针的指南端向下倾斜，指北端向上翘起，也不会停留在水平位置上。我们把悬挂起来的磁针与水平方向间形成的夹角叫做磁倾角，在地球上不同地方，磁倾角的大小是不相同的。
地球磁场的强度、磁偏角、磁倾角，构成了地球磁场的三要素，简称“地磁三要素”。
一般说来，在地球上的不同地方，地磁三要素是不同的。但从一个地方到邻近的另一个地方，它们虽有变化，但是变化得十分缓慢而微小。然而在有些地方，地磁场三要素的变化非常剧烈，这叫做“地磁异常”。造成地磁异常的主要原因是由于埋在地下的各种岩石和矿物质具有明显的磁性，进而对磁针产生了吸引力作用的缘故。一般说来，如果出现这种情况，就可以断定地下有铁矿。1954年，我国一支地质探矿队，就是利用这种方法在山东发现了一个储藏量近亿吨的大铁矿。经过进一步的勘探，发现这个大铁矿在地下450米左右，面积达4千米2，铁矿层厚度达60多米。利用地磁场的变化，不仅可以探铁，而且还可以探镍、铬、金以及石油等多种地下资源。
利用地磁场的变化情况，科学家们还可以预报地震。我们知道，在地壳中的岩石有很多都是有磁性的。地震时这些岩石因受力的作用而发生形变，随着形变的发生，它们的磁场也会发生变化，从而会造成地磁场的具体异常，这就是平常说的“震磁效应”。我们只要掌握震磁效应的规律，利用测量仪器密切监视地磁场的变化情况，并且有效地排除其他干扰，就能对地震做出比较准确的预报，从而减少财产的损失和人员的伤亡。
超导体的奥秘
150多年前的一个寒冷冬天，俄国彼得堡军需仓库发生了一件很奇怪的事。这一天，当仓库保管员打开仓库大门时，发现军大衣上的纽扣都不翼而飞了，只在纽扣位置处剩下了一点点粉末。这是怎么回事呢？后来经过调查才明白，军大衣上的纽扣是由白锡制成的，白锡在温度低于零下18摄氏度时，就变成了粉状的灰锡脱落掉了，所以只剩下了点点的粉末。
