为什么白锡在低温下会变成粉状的灰锡呢？其实，这个道理很简单，就跟水在0摄氏度以下变成固体的冰一样。大家都知道，物质的物理性质依赖于温度，比如水在0摄氏度变成冰，在100摄氏度以上就变成水蒸气；空气在常温下是五色透明的气体，但当温度低于零下193摄氏度时，就会变成浅蓝色的液体；汞(水银)在常温下是闪耀银光的液体，但在零下39摄氏度时就会变成固体，所以在很寒冷的地方，人们都不使用水银温度针。所有这些例子，都是物体在低温下表现出的物理性质。
1911年，荷兰物理学家卡曼林·昴尼斯和他的学生在实验中又发现了物体在低温下的另一个重要特性——超导电性。当时他们做的实验是检测汞在低温下的电阻，他们把汞的温度逐渐降低，当温度降到零下268摄氏度时，一个奇妙的现象发生了，他们测出汞的电阻突然完全消失而变成了零。
后来，物理学家又相继发现了铅、锌、铝等20多种纯金属和900多种合金、500多种化合物在低温条件下都具有电阻消失的现象。人们就把这种特性叫做超导电性。把电阻消失时的温度称为临界温度，把在临界温度下具有零电阻特性的材料统称为超导体。
超导体具有很多独特的性能，最突出的特性就是在临界温度以下电阻为零，这时在超导体内流动的电流可以很大又不会发热，因此没有能量损耗。换句话说，超导的实现，能为人类节约大量的能源。
超导体的这种高载流能力和零电阻特性，使它能长时间无损耗地储存大量电能。需要时，储存的能量可连续地或脉冲式地释放出来。把它做成电感储能装置，可作为激光武器的能源。目前，科学家们正在研制功率大；体积小、重量轻的超导发电机，这种发电机将是超导技术在军事上最先得到应用的项目之一。这一项目研制成功之后，必将对未来的战争产生巨大的影响。
用超导体制成的计算机，具有计算速度快、体积小、耗能低、使用方便等优点。它的计算速度比目前最先进的半导体计算机要快近百倍，而信息存储量也能大大增加。将它用于机载预警雷达系统，能极大地提高系统的工作效率。
20世纪70年代以来，各国科学家都积极开展了超导技术在海军舰艇方面的应用研究，并已初见成效。用超导电、磁力推进装置代替螺旋桨推进部件，使超导舰艇具有结构简单、推力大、航速快、无噪声、造价低等优点，还可以降低红外辐射，不易被敌方发现，从而提高自我生存能力和快速突防能力。
1990年，日本研制了一种新型的常温超导材料，这是世界上悬浮力最强的超导材料。它不仅可以用来制造高速磁悬浮列车，还可以用于发射航天飞机。用于发射航天飞机的超导磁悬浮发射装置，是一条3500米的水平导轨，终端与200米高的垂直轨道相连接，形成90度角的陡坡。发射时，航天飞机在磁悬浮力的作用下，沿水平方向前进并逐渐加速，到水平终端又高速垂直向上飞行，即可以升空了。采用超导磁悬浮发射装置，可以成倍减轻航天飞机的重力，推力大，速度快，耗能少，安全可靠，还可重复使用。
超导技术也可以用于超导探测仪，用来探测潜艇。还可以用于超导天线、超导卫星、超导粒子束武器等等。超导体具有广阔的应用前景。
极光和磁爆
1972年夏天，在地球的北极出现了一种奇怪而有趣的现象：在漆黑的北极上空，一会儿奇光异彩，一会儿白光冲天；指南针摇来摆去、抖动不止；靠地磁场“导航”的鸽子也惊慌失措，四处乱飞……这些反常的现象是怎么回事呢？一般说来，地磁要素的变化是很缓慢的，但是有一种情况很特殊，它不但会发生突然变化，而且变化得十分剧烈，这就是磁爆。上述奇特的现象就是一种磁爆现象，它的发生，跟太阳的活动情况有着密切的关系。
太阳是个炽热的大火球，它不断向四周辐射出巨大的能量。当太阳黑子活动剧烈的时候，它放出的能量就相当于几百万个原子弹爆炸时的威力，同时又喷射出大量的带电粒子，在这些带电粒子流周围也有强烈的磁场。当这些带电粒子流射到地球上时，所形成的强烈磁场会使地磁三要素发生强烈而急剧的变化，这就形成了磁爆。随着磁爆的发生，就出现了上面所说的那一连串的奇特现象。科学家们经过研究，发现最强烈的磁爆现象，大约10多年出现一次。
和磁爆密切相关的奇光异彩就叫做极光，它比我们在节日之夜看到的烟花还要漂亮。
有的像条条彩虹，五颜六色，随风歌舞；有的像一湖月光，微风乍起，波影闪闪；有的像珍珠宝石，镶嵌夜空，晶莹闪亮；有的像探照灯光，划破夜空，白亮无比。它们忽明忽暗，变化无穷，交相织印，美丽壮观，整个天空光彩夺目，景色异常，犹如仙景，令人流连忘返。
为什么会出现极光呢？这是因为在磁爆发生的时候，从太阳辐射出来的大量带电粒子流，在地磁场的作用下，会偏向地磁北极或地磁南极。由于太阳辐射出来的带电粒子流进入地球的大气层时具有极大的速度，并和稀薄的大气层中的气体原子发生猛烈的撞击。在撞击过程中，带电粒子把所带的能量传给了气体原子中的外层电子，而这些电子紧接着又把获得的能量释放出来，于是就发射出了可以看见的光。由于上层空气中含有很多种气体元素，它们在带电粒子流的撞击下，就会辐射出多种不同色彩的光，比如氖气发出红光，氩气发出蓝光等等。因此，极光通常是五彩缤纷、艳丽异常也就不难理解了。
探索磁的性质
想象一下乘坐一列不接触地面滑行的列车飞驶的情景，你感觉不到来自铁轨的振动，听不到车轮碰撞发出的噪声，在列车以每小时400千米的速度直奔旅程的终点时，你只要舒坦地坐着就可以了。
这是在梦中吗？不，这不是梦！虽然你很可能没有乘过这样的列车，但这种悬浮在空中几厘米高度的高速列车在一些国家已正式进入商业运行，它被称为磁悬浮列车。是什么使得车厢悬浮起来的呢？信不信由你，是磁体使它们浮起来的。
说到磁体，你可能会想起家中电冰箱上用来夹纸条的那个小磁体。其实，我们所熟悉的许多设备，如门铃、电视机和计算机中都有磁体。
现代生活和生产中应用磁体的地方很多，但磁体并不是新玩艺。早在2000多年前，居住在马格尼西亚地区(希腊境内)的人们就发现了一种不寻常的岩石。这种岩石含有磁铁矿石，能吸引含铁的物质。磁铁矿石和磁体这两个英文名词都来自于马格尼西亚这一地名。磁性(magnetism)是指磁体能吸引其他物体的性质。
大约在2000多年前，中国人发现了磁体的另一种有趣的性质。那就是如果把一块磁石琢磨成匙状，让它能在水平面上自由地转动，磁石的某一个部位(匙柄)总是指向南方，匙的另一端指向北极星的方向。由于这个缘故，磁石也被称为北极石。
你所熟悉的一些磁体并不是天然的，而是人工制造的，它们跟天然磁石具有相同的性质。任何磁体，不管其形状如何，都有两个端点，即两个磁极。所谓磁极(magneticpole)是指磁体上磁性最强的部位。正像一块磁铁矿的一端总是指向北极星那样，人造磁体的一个磁极也总是指北，科学家将这一极称为磁体的北极，磁体的另一极称为南极。两个北极或两个南极叫做同名磁极；一个北极和一个南极叫做异名磁极。
当你将两块磁体彼此靠近时会发生什么现象呢？如果你将两个北极靠近，磁体就会彼此推开；如果将两个南极彼此靠近，情况也一样。但是，如果你用一块磁体的北极去靠近另一块磁体的南极，那么两块磁体就会彼此吸引。同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。”
磁体之间的吸引力或排斥力就是磁力。能产生磁力的任何物体都是磁体。
前面描述过的磁悬浮列车，就是依据同名磁极相互排斥的原理制成的。列车底部的磁体和地面导轨的磁体极性相同。同名磁极相互排斥，列车厢体便悬浮起来。其他磁体则推的推、拉的拉，牵引列车向前奔驰。
如果将一块条形磁体从中间锯断，分成两块，想一想，会发生什么现象？会不会一块是北极，另一块是南极？不会的。你得到的是两块磁体，并不是两个磁极。这两块小磁体，都有自己的北极和南极。如果将这两块磁体再一分为二，就会得到四块磁体。
在磁体上，磁极的磁力最强，但磁力并不局限在磁极，磁体的周围都存在着磁力的作用。磁体周围有磁力作用的区域称为磁体的磁场(magneticfield)。磁场的存在，使磁体间不通过接触便发生相互作用。
磁感线从一个磁极出发，围着磁体沿曲线前行，最后返回到另一磁极。磁感线从一个磁极到另一个磁极形成一条封闭的回路，磁感线之间永不相交。
两个或多个磁体的磁场相互叠加，就会形成一个合磁场。两块条形磁体的磁极彼此靠近时所产生的磁场就会形成合磁场。
如果你将一块木头、玻璃或塑料片靠近一堆回形针，会怎么样？没有怎么样，这些材料对回形针不起任何作用。但是你若将一块条形磁体靠近这堆回形针时，回形针就会被吸附在磁体上。为什么有些材料会产生很强的磁性，而另一些就没有呢？
材料的磁性取决于这种材料的原子结构。所有的物质都是由原子构成的，原子(atom)是化学元素的最小单位。目前已发现的化学元素(element)有100多种，它们组成了自然界中的所有物质。
原子的中心是原子核(nucleus)，原子核中包含质子(proton)和中子，质子带一个正电荷。在原子核外的轨道上绕原子核运动的是电子(electron)，它带有一个负电荷。当电子绕原子核运动时，自身也在做自旋运动。运动的电子会产生磁场，正是原子中电子的自旋运动和轨道运动，使得每一个原子都相当于一个微小的磁体。
在绝大多数的材料中，原子磁场的指向是杂乱无章的，结果使得各个磁场几乎被完全抵消了。所以，绝大多数材料的磁性是很微弱的，通常无法检测到。
而在某些材料中，各个原子的电子自旋产生的磁场彼此排列得很整齐。几十亿个原子组成一个集团，其中所有的原子产生的磁场，都排列整齐，这样的集团我们称它为磁畴(magneticdomain)。磁畴作为一个整体，它的作用就像一块很小的条形磁体。
在材料未被磁化时，磁畴的指向是杂乱无章的，一些磁畴产生的磁场和其他一些磁畴产生的磁场彼此抵消，这时材料不显磁性。材料被磁化后，其中所有的磁畴(或绝大部分磁畴)都沿相同的方向排列。或者说，磁畴排列整齐了。
如果某种材料内部形成了磁畴，该材料就可能成为较强的磁体。如果一种材料能显示出极强的磁性效应，我们就称它为铁磁材料(ferromagneticmaterial)。铁磁性一词来自于拉丁文Ferrum，原意是“铁”。铁、镍和钴是我们所熟悉的铁磁性材料，另外还有像元素钫和钕等都可以做成极强磁性的磁体。还有一些强磁体是用合金制成的。
我们知道，磁铁矿存在于自然界中。但我们日常所使用的磁体二般都是人造的。磁体可以用铁磁性材料来制造，方法就是将未被磁化的铁磁材料放在强磁场中或者用强磁体的一个磁极去摩擦它。
如果磁场足够强，材料中会发生两个变化过程。首先，与磁场方向一致的磁畴，随着相邻磁畴的整齐排列，磁场变得更大；其次，那些与磁场方向不一致的磁畴，转向与磁场的方向一致。这样，大部分磁畴取向相同，磁畴排列整齐了，该材料也就成为一块磁体。
知道了制造磁体的方法，就可以明白为什么一个未被磁化的物体，如回形针等，能够被磁体所吸引；回形针是由钢制成的，也就是说其主要成分是铁。磁体的磁场使回形针中的磁畴排列整齐，回形针也就成了一个磁体。它的北极面向磁体的南极，彼此就产生了吸引力。同样的道理，这个回形针也能吸引其他回形针。但是，若将磁体拿走，回形针中的磁畴又回到杂乱无章的排列状态，这时，回形针就不再是磁体了。
制造回形针的普通钢是很容易磁化的，但它们也容易失去磁性，由这样的材料制成的磁体称为非永久磁体。其他一些类型的钢较难磁化，但也容易保留磁陛，由这些材料制成的磁体称为永磁体(permanentmagnet)。
正如回形针中磁畴的排列变得杂乱无章时，回形针会失去磁性一样，一块永磁体也有可能失去磁性。最简单的方法是重重地摔或敲打磁体。磁体受到重击时，它的磁畴排列就不再整齐。加热也会使它的磁性消失，因为物体受热时，其中的粒子会运动得更快、更杂乱，磁畴也就更难排列整齐。实际上，超过一定的温度，所有的材料都会失去磁性，这一温度随材料的不同而不同。
掌握了磁畴的知识，你们就能明白为什么将一块磁体锯成两半之后，并不是两半各剩一个磁极了。在条形磁体中间，存在着许许多多磁畴的北极和南极，彼此相对排列，磁性互相抵消。
而在磁体两端的磁畴磁极，它们并不面对相反的磁极，因此就产生很强的磁性。如果将磁体分割成两半，其中的磁畴依然按同样的方式排列着，因此，半块磁体的两端同样分别有许多的磁畴南极和北极，构成很强的磁性。
电流和磁场
1820年的一天，丹麦科学家汉斯·克里斯琴·奥斯特正在哥本哈根大学给学生讲课。课堂上，他将演示通电导线。当电流接通时，导线附近的一个指南针动了一下，并改变了指向。
他大吃一惊，感觉是不是实验装置中的某些部件出了毛病。奥斯特作了进一步的研究，他在导线周围放置了好几个指南针，发现只要一接通电源，指南针的指针会环绕导线排成一个圆圈。
奥斯特的这一发现揭示了电和磁之间的联系。它们之间究竟有怎样的联系？为了搞清这个问题，我们必须先学习电流知识。
在第一节我们已经知道，所有物质内部都含有电子和质子，电子和质子都带有电荷(electriccharge)。电子带负电荷，质子带正电荷。
电荷通过导线或其他导体时，就产生了电流。电流(electriccurrent)是电荷在导体中的流动。单位时间内通过导线的电量就是电流强度。电流的单位是安培(A)，这是以科学家安培的名字命名的，常常被简写为“安”。电流的大小告诉我们每秒钟通过某一处电量的多少。
那么，电荷运动跟磁现象究竟有什么关系呢？吨流产生磁场。由直线电流所产生的磁感线是以导线为圆心排列的同心圆。电流的方向决定了磁场的方向。如果电流方向反向，磁场方向也随着反向。