电与磁场
用毛皮摩擦过的橡胶棒能吸起细小的纸屑，说明它带上了一种特殊的“电性”；磁铁无需接触，就能隔空拉动铁钉，这种看不见的“力”在我们周围随处可见；高空中闪现的雷电，更是在刹那间释放出巨大的能量。这些看似不同寻常的现象，实际上都隐藏着一个共同的物理本质：电荷与磁场的作用。
最初，人们将电和磁当作两种毫不相关的自然现象。电只能用摩擦、吸引、放电等现象来描述，磁只能靠铁磁物体的吸引和地磁方向体现。然而随着科学的发展，人们逐渐认识到：电和磁并非孤立存在，而是可以相互影响、彼此联动。例如，当电荷流动起来（即电流），它周围会产生磁场，这正是电磁铁和发电机、变压器工作的基础。而反过来，磁场发生变化时，也能“感应”出现电流，这就是法拉第电磁感应定律。
这种“运动的电荷产生磁场，变化的磁场推动电荷运动”的深刻联系，组成了电磁学的核心内容。现今我们所用的电灯、手机、电脑、无线网络等日常设备，无一不依赖于电与磁的相互作用。这一互为因果、密不可分的关系推动了现代社会的技术进步和便利生活，是理解物理世界至关重要的一环。
摩擦起电与电荷
将玻璃棒用丝绸摩擦后靠近小纸屑，纸屑会被吸起；用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒同样能吸起纸屑。然而当把摩擦后的玻璃棒和橡胶棒相互靠近时，两者互相吸引，说明它们携带的是不同类型的电荷。
自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷。丝绸摩擦玻璃棒后，玻璃棒带正电，丝绸带负电；毛皮摩擦橡胶棒后，橡胶棒带负电，毛皮带正电。两种电荷之间的作用规律只有一条：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
摩擦起电的本质是电子的转移。摩擦时，一个物体上的部分电子转移到另一个物体：失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。两者得失的电子数量完全相等，整个系统的总电荷量不变，这就是电荷守恒定律。
电荷多少用电荷量来表示，符号为 ，单位是库仑（C）。每个电子携带的电荷量极小：
若转移了 个电子，则转移的总电荷量为：
例题：用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒获得了 C 的负电荷，求共转移了多少个电子。
仅仅 C 这样微小的电荷，就已涉及多达 2000 亿个电子的转移，足见单个电子的电荷量之微小。
摩擦起电并非凭空产生了电荷，而是电子在两物体之间发生了定向转移。失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电，系统总电荷量始终保持不变——这就是电荷守恒定律。
导体与绝缘体
将铜导线一端接触带电体，电荷会迅速通过铜线扩散；换用干燥的木棒，电荷几乎纹丝不动。物质传导电荷的能力差异极大，物理学据此将材料分为导体和绝缘体两类。
导体内部存在大量可以自由移动的电荷——金属中是自由电子，盐水中是自由离子。绝缘体内部几乎不存在可以自由移动的电荷，所以电荷无法在其中流动。
一段带绝缘皮的铜导线，内层铜芯负责传输电流，外层塑料皮防止漏电和触电，两者各司其职。人体是导体，这正是触电会有危险的根本原因——电流可以直接通过人体的组织流动。
导体与绝缘体的划分并非绝对。干燥木头是绝缘体，受潮后变成导体；纯净水几乎不导电，溶入食盐后变成良导体。同一种材料在不同状态（干湿、纯净程度）下，导电性可以截然不同。
磁场与磁极
磁铁能在不接触的情况下吸引铁钉、镍片，这种作用通过磁场来传递。磁铁周围的空间中存在磁场，处于磁场中的铁磁性物质（铁、镍、钴等）会受到磁场力的作用。
每块磁铁都有两个磁极：北极（N 极）和南极（S 极），且磁极总是成对出现，不存在单独的 N 极或单独的 S 极。磁极之间的相互作用规律与电荷相同：同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。
在白纸下放一块条形磁铁，纸上撒铁屑并轻轻振动，铁屑会沿着一组弯曲的曲线排列，从磁铁的 N 极出发，绕外部弧形路径回到 S 极。这些曲线称为磁感线，用来直观描述磁场的分布：磁感线越密集处磁场越强，越稀疏处磁场越弱。
地球本身是一个巨大的天然磁体，形成了覆盖整个地球的磁场——地磁场。指南针能够指向南北，正是因为指针是磁铁，在地磁场的作用下，N 极转向地理北方（靠近地磁南极），S 极转向地理南方。
磁感线是人为引入的辅助描述工具，实际空间中并不存在真实的线条。通过铁屑实验可以近似呈现它的形状。在所有磁场描述中，磁感线越密集的地方，磁力越强，这是判断磁场强弱分布的直观依据。
电流的磁效应与电磁铁
1820 年，丹麦物理学家奥斯特做了一个简单但影响深远的实验：把通电导线平行放在指南针上方，指南针立刻发生偏转；切断电流，指南针恢复原位。这个实验第一次证明了电流能产生磁场，称为电流的磁效应。
直导线通电时，其周围会出现环绕导线的圆形磁场；将导线绕成多匝螺旋线圈（螺线管）后，各匝磁场叠加在一起，整体表现得像一块条形磁铁，具有明显的 N 极和 S 极，磁场比单根导线强得多。
在螺线管中插入铁芯，就制成了电磁铁。铁芯能大幅增强磁场，是因为铁内部的微小磁畴在外加磁场下整齐排列，产生了额外的磁场。铜、铝等金属没有这种特性，因此不能用作电磁铁的铁芯。
影响电磁铁磁力大小的因素主要有两个：
电磁铁的显著优点在于：接通电流时产生磁性，断开电流时磁性立即消失；改变电流方向，N 极和 S 极随之互换。这种可控性是永久磁铁无法做到的，使电磁铁在工业和生活中有着广泛的应用。
电磁铁综合了电与磁的两大特性：电流产生磁场（奥斯特发现），铁磁材料大幅增强磁场。正是这两者的结合，才使电磁铁成为现代工业中不可缺少的核心器件。
练习题
第1题（电荷间的相互作用）
用丝绸摩擦过的玻璃棒（带正电）靠近一个悬挂的轻质小球，发现小球被吸引靠近玻璃棒。下列关于小球带电情况的判断，正确的是：
A. 小球一定带负电
B. 小球一定不带电
C. 小球可能带负电，也可能不带电
D. 小球一定带正电
第2题（导体与绝缘体的判断）
下列物品中，属于绝缘体的是：
A. 铅笔芯（石墨）
B. 食盐水
C. 人体
D. 干燥的橡皮
第3题（磁极间的相互作用）
将两块磁铁的一端相互靠近，发现它们互相排斥，则下列判断正确的是：
A. 两块磁铁靠近的一端一定是同名磁极
B. 两块磁铁靠近的一端一定是异名磁极
C. 无法判断靠近端是同名还是异名磁极
D. 两块磁铁靠近的一端可能是同名也可能是异名磁极
第4题（影响电磁铁磁力大小的因素）
一个电磁铁，在其他条件不变的情况下，下列操作能使其磁力增大的是：
A. 减小通过线圈的电流
B. 将铁芯换成铜芯
C. 减少线圈的匝数
D. 增大通过线圈的电流
第5题（计算题）（电荷量与电子数的计算）
用毛皮摩擦橡胶棒，部分电子从毛皮转移到橡胶棒上，橡胶棒获得了 C 的负电荷。（每个电子所带电荷量 C）
（1）此次摩擦共转移了多少个电子？
（2）摩擦结束后，毛皮带何种电荷？带电量是多少？
第6题（计算题）（电流与电荷量的关系）
某导线中，每秒有 个电子通过导线的某一横截面。（每个电子所带电荷量 C，电流的定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量，即 ）
（1）每秒通过该横截面的总电荷量是多少？
（2）该导线中的电流是多少安培？