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電的發現之旅(II)： 電、磁、光 賴癸江 成功大學電機系通識教育 電與生活 磁(Magnetism)中國慈石 在《管子》等先秦古書中，曾有「上有慈石者下有銅金」的記載。當時人們已覺察到磁石往往和鐵礦儲存在一塊。 在春秋戰國的著作中，便屢屢記載到磁體的吸鐵性質了。如西元前三世紀的《呂氏春秋》上的「磁石召鐵」，時代相隔不遠的《鬼谷子》上的「磁石之取針」等都是。這個時候大概已經比較普遍地認識到磁性了，並且把它比作為慈愛的母親對子女的吸引。 東漢的高誘在註釋《呂氏春秋》時說：石是鐵的母親，但石又有慈和不慈的，慈愛的石，能吸引它的子女(鐵)，不慈的石則不能吸引。所以漢以前都把磁石寫成「慈石」，就是「慈愛的石頭的意思。 據考古學家考據，古人發現的磁石是以四氧化三鐵為主要成份的天然磁體。 磁鐵的性質 磁體總有兩個極，一個叫做南極，另一個叫北極。凡是異性極相接近，互相吸引，凡是同性極相接近，則互相排斥。 古代磁石的應用 「三輔皇圖」：阿房宮…以慈石為門，懷刃者止之。 《韓非子?有度篇》裏就有「先王立司南以端朝夕」的話。「司南」就是指南的意思，「端朝夕」就是正四方的意思。 我國古代的四大發明之一的指南針，就是利用磁體的指極性製成的。 地球磁場 太陽表面的強烈爆炸，送出大量的帶電離子（稱為電漿）射向太空。這種電漿以超音速的速度直奔地球而來，稱為太陽風。還好地球有強烈的磁場。帶電離子只能順著磁場跑，而難以穿越磁場，因此太陽風無法直接打擊地球，但已足以把地球磁場予以嚴重扭曲。部分電漿順著磁場跑到離地球很遠的地方後，再順著磁場回來，並且集中射向南、北兩磁極（和地理的南、北兩極相差不是很遠），然後打擊大氣上層的空氣分子，而造成極光奇景。如果沒有大氣，這些回流的電漿仍然具有相當的威力，打擊地球上的生物。 Oersted (奧斯特, 1777 - 1851)偶然是揭開奧秘的鑰匙 1777年生於丹麥小鎮，1799年獲博士學位，原來主修藥學和哲學，後來卻在物理和化學上大放異采。 1801年至德國留學，結識物理學家Ritter，他是「電鍍工業之父」、發現紫外光、製造出第一個乾電池、第一個蓄電池，可是個性內向，字跡潦草，研究手稿難以閱讀，於是Oersted將Ritter的德文手稿譯成優美的法文，使Ritter獲得法國科學競賽的首獎。 經過三次的申請，才於1806年獲得哥本哈根大學的物理教職。 1808年開始研究電與磁的關係。 Andre Marie Ampere (安培, 1775 - 1836 ) 法國人，12歲已掌握了所有的數學 ，13歲發表第一篇數學論文，1810 年 到 巴 黎 綜 合 工 科 學 校 當 數 學 教 授 。 安培的少年時代，雖然是在安適的環境中度過的，但是後來卻經歷了種種的不幸，先是在大革命中牠他父親被斬首，後是他的妻子的早喪。這使他的生活從精神到物質都受到了極大的損害，從而也對他的科學活動產生了深刻的影響。 安培智慧非凡，善於運用數學進行定量分析，他的學術地位也因而不斷提高。他被聘為多個學院的物理和數學分析教授，更被邀為英國皇家學會會員。 定義電流的方向 電學領域裏的牛頓 安培定律 1820年，奧斯特的電流磁效應傳到法國後，安培立刻重做了奧斯特的實驗 ，不久後向法國科學院提交了第一篇論文，報告他的實驗成果．接著提出了第二篇和第三篇實驗報告論文。 右手螺旋定則 磁是由運動的電產生的 一個電流是否可以影響到另一個電流? 同向直線電流間互相吸引，異向直線電流間互相排斥 建立作用力的數學公式 Michael Faraday (法拉第, 1791-1867)偉大的實驗物理學家 英國人，窮困鐵匠之子，兄弟姐妹十人，只受小學教育，十三歲就到裝釘廠當學徒，他所有的學識完全是憑藉自修苦讀而來的。他常常利用客人還沒來拿訂好的書之前，趕快閱讀那本書，有時候裝訂剩的書，他也會留一本下來閱讀。這些書的範圍包括了：藝術、科學、礦物、植物、地下水道、橋樑建造、甚至於論愛爾蘭豬的關節炎等，各式各樣奇怪的內容。 筆記成為一生成就的敲門磚 筆記是求學的關鍵 上課記第一份筆記，一欄是上課大綱，另一欄是看法。 課後以自己的思路寫成第二份筆記。 1810年，英國皇家學會最負盛名的科學家—戴維，做連續四場的演講，講題是「自然哲學」，也就是現在所謂的「科學」，當時法拉第也去聽演講，並且做了完整的筆記。 後來，法拉第寫一封求職信給戴維，附上當時整理的筆記，獲戴維的賞識，法拉第得以擔任皇家學會的實驗室助手。 但是，戴維和他的夫人，對法拉第並不友善，在到歐洲考察科學期間，法拉第被要求隨行侍候，作戴維和他夫人的僕人。這位夫人為了顯示她的高貴和權威，經常蓄意侮辱他，不准他和他們同桌吃飯，法拉第只得逆來順受，委屈求全。 初展才華 1815年，成為專任