电和磁是和电磁力有关的分离但相互联系的现象。它们共同构成了电磁学这一关键物理学科的基础。

主要收获：电和磁

• 电和磁是由电磁力产生的两种相关现象。它们一起构成电磁。
• 移动的电荷产生磁场。
• 磁场诱导电荷运动，产生电流。
• 在电磁波中，电场和磁场相互垂直。

除了重力引起的行为外，几乎日常生活中的每一件事都源于电磁力。它负责原子之间的相互作用以及物质和能量之间的流动。其他基本力是弱核力和强核力，它们控制着放射性衰变和原子核的形成。

因为电和磁是极其重要的，所以最好从基本了解它们是什么以及它们是如何工作的开始。

电学基本原理

电是与静止或移动电荷相关的现象。电荷的来源可以是基本粒子、电子（带负电荷）、质子（带正电荷）、离子或任何正负电荷不平衡的较大物体。正负电荷相互吸引（例如，质子被电子吸引），而同性电荷相互排斥（例如，质子排斥其他质子，电子排斥其他电子）。

常见的例子包括闪电、插座或电池的电流和静电。常用的国际单位制电单位包括电流的安培（A）、电荷的库仑（C）、电位差的伏特（V）、电阻的欧姆（Ω）和功率的瓦特（W）。固定点电荷具有电场，但如果电荷处于运动状态，它也会产生磁场。

磁学基本原理

磁性被定义为由移动电荷产生的物理现象。此外，磁场可以诱导带电粒子移动，产生电流。电磁波（如光）既有电成分也有磁成分。波的两个分量沿同一方向传播，但彼此成直角（90度）。

像电一样，磁性在物体之间产生吸引和排斥。虽然电是以正负电荷为基础的，但没有已知的磁单极子。任何磁性粒子或物体都有“北极”和“南极”，其方向取决于地球磁场的方向。磁铁的相似磁极相互排斥（例如，北极排斥北极），而相反的磁极相互吸引（北极和南极吸引）。

磁的常见例子包括指南针对地球磁场的反应、条形磁铁的吸引和排斥以及电磁铁周围的磁场。然而，每一个移动的电荷都有一个磁场，因此原子的轨道电子产生一个磁场；存在与电源线相关的磁场；硬盘和扬声器依靠磁场发挥作用。磁学的主要国际单位制包括磁通密度的特斯拉（T）、磁通量的韦伯（Wb）、磁场强度的安培/米（A/m）和电感的亨利（H）。

电磁学的基本原理

“电磁”一词来源于希腊著作elektron（意为“琥珀”）和magnetis lithos（意为“镁石”），后者是一种磁性铁矿石。古希腊人熟悉电和磁，但认为它们是两种不同的现象。

直到1873年詹姆斯·克拉克·麦克斯韦发表了一篇关于电磁学的论文，人们才开始描述这种被称为电磁学的关系。麦克斯韦的工作包括二十个著名的方程，这些方程后来被浓缩成四个偏微分方程。方程式表示的基本概念如下：

1. 同性电荷相斥，异性电荷相吸。吸引力或斥力与它们之间距离的平方成反比。
2. 磁极总是以南北对的形式存在。同极相斥异相吸。
3. 导线中的电流在导线周围产生磁场。磁场的方向（顺时针或逆时针）取决于电流的方向。这就是“右手法则”，如果你的拇指指向当前方向，磁场的方向会跟随你右手的手指。
4. 将线圈朝着或远离磁场移动会在导线中感应电流。电流的方向取决于运动的方向。

麦克斯韦理论与牛顿力学相矛盾，但实验证明了麦克斯韦方程组。爱因斯坦的狭义相对论最终解决了这一矛盾。

来源

• 亨特，布鲁斯J.（2005）。麦克斯韦人。康奈尔：康奈尔大学出版社。第165-166页。ISBN 978-0-8014-8234-2。
• 国际纯化学和应用化学联合会（1993年）。物理化学中的量、单位和符号，第二版，牛津：布莱克威尔科学。ISBN 0-632-03583-8。第14-15页。
• Ravaioli，Fawwaz T.Ulaby，Eric Michielssen，Umberto（2010）。应用电磁学基础（第6版）。波士顿：普伦蒂斯大厅。P13ISBN 978-0-13-213931-1。