正版新书]电学与磁学(我们世界中的物理)/科学图书馆(美)凯尔·柯

前言
鸣谢
简介
1 电学
闪电
库仑定律和电场
粘在一起的袜子和跳动的火花
导体和绝缘体
创造完美的复制品：复印机
电线和流动的电荷
电路
2 磁学
地球的磁场
磁力和磁场
看穿人体：核磁共振成像技术
磁悬浮列车
3 电磁学
电磁铁
电流和磁场
寻找隐藏起来的武器：金属探测器
法拉第定律
录音机和电脑光盘
电磁学在银行中的应用：信用卡和提款卡
4 电力
电池和直流电
欧姆定律
电力公司和交流电
与地面接触的重要性
断电和使灯光暗淡
未来电力的资源
5 电力产生的运动
使用电力驱动
电动机
电力汽车和电力火车
未来的电力工业
6 电子工程
硅与微型集成电路片
二极管和晶体管
计算机
收听——收音机调频器
电容器和电感器
远距离观看：电视机
超导体
7 记录和储存、音乐和电影
通过设备听音乐
波谱分析和傅立叶变换
唱片和磁带
模拟和数字
CDs和DCDs
音乐和电影播放器的未来
8 电学、磁学和生命
带电动物
离子和离子通道
骨骼肌的电活动
心脏的电活动
大脑的电活动
带有内置指南针的动物
结语
国际单位制及其转换
译者感言

凯尔·柯克兰德博士(KyleKirkland)，1998年在宾夕法尼亚大学获得神经科学的博士学位，主要研究方向是视觉系统和神经网络。他的跨学科背景和兴趣促使他发表了关于科学的历史以及科学在当前和未来对社会的影响等多篇文章。凯尔·柯克兰德同时也是FsctsonFile出版公司出版的“科学与技术焦点”丛书中的《光学》一书的作者之一。

1电学很久以前，罗马人记载了一种生活在地中海里的鱼，这种鱼能够从很远的地方发射出令人感到痛的刺和针。人们对这种鱼的特性感到十分吃惊，因为它所发射出的针只能让人感到痛，但人们却根本看不到它。罗马物理学家曾经用这种鱼来治疗令人痛苦的关节炎，也可以用它来治疗头痛和其他不适。
这种叫做鱼雷的鱼，是电鱼的一种。所有伟大的古代文明，包括罗马文明、埃及文明和希腊文明都对至少一种电鱼有很全面的了解。但是却没有人知道，究竟这种鱼有一种什么样的神秘力量，能够让它在水中远距离地使人感到麻木。
当今很多的技术都需要电来维持，虽然这些电的产生和电鱼产生电的方式不同，但是原理是一样的。古代的人们无法有效地利用这种巨大的能量，是因为他们不懂得电学。电在现代社会和自然中都是普遍存在的。它具有广泛的应用，一个令人极其难忘的例子可以在雷雨时的天空中看到。
闪电虽然闪电发生在瞬间，但是却不可能被人们忽视。闪电的亮度差不多有100万个灯泡那么亮，它的能量可以使任何东西烧焦或蒸发，闪电是能量最大的电现象。
在人们知道闪电是一种电现象之前，人们看到闪电时总是带着敬畏之情，并被它的魅力所吸引。最早的有关闪电的理论和电没有什么关系，这是因为闪电看起来和电鱼没有什么相似之处，它和古希腊人摩擦产生奇特吸引力和排斥力的琥珀和毛纺面料也没有什么共同之处。直到美国著名的政治家、实业家、科学家本杰明·富兰克林发现之后，人们才知道闪电和电有关。
1752年，富兰克林在一个雷雨天气里在户外用风筝和钥匙做了一个实验。通过实验，富兰克林得出电是由流动的电荷引起的，而闪电则是由大气层中的电荷引起的结论。在富兰克林的实验中，这些电荷沿着湿的风筝线传下来，富兰克林用系在风筝线上的钥匙上发出的火星证实了这些电荷的存在。
现在，物理学家们已经知道了大气中的摩擦产生了电荷。当一些小的颗粒，比如水滴或冰相互碰撞或相互摩擦时就可以发生这样的现象。在其他因素中，风吹散这些电荷，于是在地面和空气上方就产生了巨大的电场力(由库仑定律得出，在知识窗中会有讲解)。有时候电力很大，可以被人们感觉到，人们就会感到头发竖了起来。这是一个电现象：头发上聚集了相同电性的电荷，它们相互排斥，使得头发之间相互排斥，头发就竖了起来。
大气中的电荷和电场有着很强的相互作用。异种电荷相互吸引，如果可能的话它们就会聚集到一起，但是有力量会阻止它们的聚集，所以，它们是不可能聚集到一起的，直到这种阻力增强到一定程度，就会穿过天空，放射出一道亮线，这就是闪电。
闪电通常是由一系列的电击形成的，通常由4次电击组成。电荷的运动，称为电流，使得异种电荷聚集到一起。闪电是两种物质或两个部分之间的电荷流动，这两种物质可以是两片云团或一片云团和地面。在极短的时间里，由电流产生的能量就可以使闪电的温度骤然间上升到几千华氏度，使得空气中的分子释放出光。闪电温度非常高，如果它射到地面上，可以熔化沙土，形成一种透明的物质，叫做闪电熔岩。
在任意的时间里，全世界都有大约2000场雷雨。每秒就可以产生100道闪电。闪电可以引起大火，击碎木头，破坏电击附近的电气设备。闪电还可以电击使人致死。仅仅在美国，每年就有大约80—100人因为被闪电电击而死。
虽然现在人们知道了闪电是一种电现象，但是，在几百年前，人们相信钟声可以避免闪电。这种错误的信念使得很多敲钟人不得不在雷雨天爬到很高的建筑物上去拉绳敲钟，因此，很多敲钟人都因为被电击而受重伤。直到物理学家指出在雷雨中最危险的行为是攀登到高处，此后这种奇怪而可悲的行为才得以停止下来。由库仑定律可以得出，当两个电荷之间的距离缩小时，它们之间的电场力会增加。大气中电荷问的电场力十分巨大，大到可以从地面上高的物体上吸引火花——这无疑是在向闪电的电击发出盛隋的邀请。
人们可以利用闪电的这种更易于电击最高物体的性质，使其他物体避免受到电击。闪电在一定程度上是不可预计的，但是它电击的目标只和高度有关。在某种意义上，这是事实，因为并非在雷雨袭击范围内的最高的物体就会被电击，而是在闪电发生附近相对最高的物体会受到电击一也就是说，在群体中任何一个相对高度突出的物体。一棵树或一栋房子，要是比周围其他物体高，那它就会被电击到，或者一位站在平坦的高尔夫球场上的运动员，他比周围物体高，他就有可能受到电击。摩天大楼是闪电电击的最好目标。每年，闪电都会数百次地电击像芝加哥的希尔斯大楼和纽约的帝国大厦这样的摩天大楼。
金属为电荷流动提供了很好的通道，也就成为电击的最好目标，这在之后的章节内会详细讲述。这也是为什么人们在猛烈的雷雨中最好不要待在管道、水甚至电话旁边的原因。如果流动的电荷不能找到一条方便快捷的金属通道，或是因为一些原因流动受到了阻挡，那么它们就会寻找其他通路，这些通路也包括人体。
为电荷寻找一条安全快捷的通道流动就是避雷针的原理。本杰明·富兰克林最早发明了避雷针，它可以为电荷的流动提供一条最简捷的通路，如果避雷针安放正确，它会比周围的其他物体都高。避雷针可以将闪电的电击传到地面，如果电击袭来，它就会顺着避雷针传到地面，不会造成伤害，地球足够大可以供电荷分布。
粘在一起的袜子和跳动的火花粘在一起的袜子看起来和闪电没有什么共同之处，但是事实上它们有相似之处。它们都是静电的一种。
任何一种摩擦都可以分离电荷。用毛纺面料摩擦琥珀可以分离电荷，大气中的粒子碰撞也可以。在甩干机里翻滚的袜子也可以产生电荷，摩擦分离出正电荷和负电荷，由库仑定律得出，它们彼此间存在相互作用力。
这种力被称为静电力，因为它们是电场力的一种，但相对不变，保持静止——直到放电现象发生。闪电是最令人印象深刻的例子，而静电力产生的火花却随处可见。
P1-4

人们对于核技术和宇宙起源等物理理论耳熱能详，而对于日常生活的物理现象却知之甚少。《电学与磁学》是“我们世界中的物理”之一，该书讨论了两种力之间的关系，这种关系使得电磁学成为当今世界中的一个极其重要的、普遍存在的组成部分。这本书介绍了物理学的这个分支的基本定律，探讨了这些定律的广泛应用，涉及从对现代技术的促进作用到为人体提供动力等多个方面的知识。 另外，书中还包括了40张黑白照片和图线说明，并附带有等价值的标准国际单位表，词汇表，数目和网络资源的详细列表，以及附录。该书是为那些渴望了解有趣的物理学知识的学生、老师和普通读者提供信息的一套基础读物。