安培做了大量的实验，研究电和磁现象。他假设所有的磁现象都是由环形电流产生的。
例如，原子中电子的圆周运动，使原子成为小磁体。现代科学已经证明，安培的假设是正确的，即所有的磁现象都是由电荷的运动引起的。
电流不会自动在所有的导线中流动，电流只在电路中流动。电路(electriccircuit)是电荷能够流动的闭合通路。所有的电器，无论是电烤箱、收音机，还是电吉他、电视机，都有电路。
所有的电路具有相同的基本特征。第一，有提供电能的电源。电源是电路工作的动力。
第二，必须有用电器。收音机、计算机、灯泡和电冰箱都能将电能转化成其他形式的能。例如，灯泡可以将电能转化为光能(发出光)和热能(放出热)。第三，用导线和开关连接。为了使电路更形象，你可以画一个电路图。下一页中的“探索电路”给出了一个用符号来表示的电路图，这些符号分别代表电路中的各个元件。我们可以边学习电路，边认识电路中的各个元件及其符号。
电流能通过金属导线。电流也能通过塑料或纸张吗？不能，并非每一种物质都能通过电流。
电流能自由通过的材料叫导体(conductor)。像铜、银、铁和铝等金属都是导体。在金属导线中，一些电子可自由地在原子间移动，这些电子叫自由电子。当这些电子定向移动通过导线时，就形成电流。
你是否产生这样的疑问：为什么一闭合开关，电灯就亮起来？电子怎么会那么快就从电力公司到达你的电灯呢？其实，在你闭合开关时，电力公司并没有产生电子并送到你处，电子存在于组成电路的所有导线中。当你闭合开关时，导线一端的自由电子就被拉过来，导线另一端的自由电子被推过去，因此，只要电路一接通，就有电子持续不断地在电路中流动。
绝缘体(insulator)与导体不同，电荷不能在其中自由流动。绝缘体中的电子被紧紧地束缚在原子中，不能自由移动。橡皮、玻璃、沙、塑料和干木材都是绝缘体。
电荷通过一个电路时，必定通过电阻器。电阻器(resistor)阻碍电荷流动，就要消耗电能。导体对电荷运动的阻碍作用，叫做电阻(resistance)。
一种材料的电阻取决于该材料的原子结构。设想我们要穿过一个有人的房间。如果房间里的人很少，你就可以很容易地通过，不撞到任何人；如果房间里挤着很多人，你就会撞到别人。与此类似，一个电子移动时会撞到材料中的其他粒子。每一次碰撞，都使电子的一些能量转化成热能(可感觉到热)或光能(可看到光)。碰撞越多，电子能量转化成其他能就越多。
托马斯·爱迪生研制灯丝时就利用了电阻。爱迪生用许多材料做实验，他要找的材料，必须既能导电，又有足够大的电阻，以便通电时能热起来并发光。爱迪生试验过棉线、铜丝、蚕丝、碎玉米壳，甚至头发。直到他用竹片烧成的炭做实验，才取得成功。最后，他用钨丝取代了竹炭。金属钨能产生足够的热并发光，而本身不会熔化。
科学家已经发现，一些材料在极低温度下可变成超导体。超导体(suPerconductor)是一种没有电阻的材料。超导体与普通导体有非常大的不同。由于没有电阻，电流通过超导体时，就没有能量的损失。利用超导体制成的导线可以降低电能的损耗，提高电能的利用率。但超导体作为磁体的应用却受到限制，因为强磁场会破坏物质的超导性，使它重新变成普通导体。
超导体的最大问题是需要非常低的温度。现在已经发现一些新的材料，在相对较高的温度下也能变成超导体。目前，科学工作者正在研制实用的超导体。
电磁铁
在第三节中我们已经知道，导线中的电流在导线周围的空间产生磁场。通过开、关电路，我们就可以控制磁场的有无。因此，利用电流制作磁体，可以得到一个可控磁场。
通电直导线产生的磁场，在导线的周围形成圆柱形状。如果将导线绕成一个圈，磁感线就在这个圈中变成二束。你可以通过铁屑看到这个现象。随着圈数的增加，磁场的强度也增大。把导线圈数增加一倍，导线圈中磁感线的条数就增加一倍。
要是把通电导线绕成一个线圈，那么线圈中心的磁场就增强，线圈的两端相当于条形磁体的两个磁极。一个有许多匝数的通电线圈叫做通电螺线管(solelloid)。通电螺线管产生的磁场可以通过控制电流的通和断来打开和关闭，而且通电螺线管的南北极随着电流方向的改变而改变。
如果在螺线管中插入铁芯，通电螺线管产生的磁场将大大增强。我们已经知道，把铁芯放入螺线管产生的磁场中，铁芯将被磁化成磁铁。一个有铁芯的螺线管叫做电磁铁(electromagnet)非永久性磁场是由导线中的电流和磁化了的铁芯共同产生的。这样的合磁场比仅由电流单独产生的磁场要强数百倍，甚至数千倍。电磁铁是一种可以开关的强磁体。
电磁铁非常适合于用来提举笨重的废钢铁。你见过层层叠叠堆放的废旧小汽车吗？它们被压扁，切割成较小的钢铁碎片以后，就可以由起重机上强大的电磁铁吸起。闭合起重机开关，电磁铁通了电，便提起钢铁碎片。起重机把这些碎片搬到别的位置，再切断开关，碎片就从电磁铁上掉下。
增强电磁铁磁性的方法很多：可以增大螺线管中的电流，也可以增加螺线管中线圈的匝数，把螺线管的线圈绕得更紧密些，还可以用性能更强的铁磁性材料作铁芯。
当你用录音带、录像带、计算机磁盘或信用卡记录信息时，你会用到电磁铁。拿录音机的录音来说，当你对着话筒讲话时，声音的振动被转化成一种电流，它随着声音的变化而变化，并通过录音机录音磁头的电磁铁产生变化的磁场。
录音带是塑料做的，上面涂有一层薄薄的磁粉，录音磁头上电磁铁产生的磁场可以将磁粉磁化。当录音带经过电磁铁时，磁粉或多或少被电磁铁磁化，其磁化强度随磁场强度的变化而变化，磁带上磁性的分布图成了你声音的编码。当你放磁带时，记录的编码又被转换回你的声音。同样，电磁铁被用在录像带上记录图像和声音，用在计算机磁盘上记录各种各样的信息。
雷达
大家都知道在夜间飞行的蝙蝠，它的喉部能发出超声波，这种超声波遇到蚊虫或飞蛾等障碍物时能反射回来，它再用耳朵来接收这个回波信号。蝙蝠有这种能力，而人却没有，但是人们通过巧妙地利用电磁波，可以更准确地发现目标和更精确地测量距离，而完成这个任务的装置就是雷达。
利用电磁波探测目标是在20世纪30年代出现的。1930年1月，德国盖码公司的鲁道夫·库诺，从蝙蝠产生超声波来获得信息这一生物现象中受到启发，经过几年的艰苦努力，终于研制成功了早期的雷达。这种雷达实际上就是一种特殊的无线电装置，它能向空间发射电磁波，这种电磁波遇到目标时便反射回来，雷达根据电磁波往返的时间及发射时的方位角和仰角，能迅速计算出目标的距离和位置，并在监视器上显示出目标的特征。1934年，英国的一位科学家在对地球大气层进行无线电回波信号研究时，偶然发现荧光屏上有一串明亮的光点，他经过反复试验和研究，证实了这是附近某一大楼对电磁波反射的回波信号。这个意外的发现，使他萌发了用无线电回波来探测移动目标的设想。1935年由沃森·瓦特和其他英国电气工程师研制了第一部用于探测飞机的雷达，当时探测的距离虽然只有几十千米，但其意义很大，从此开辟了用电磁波探测和定位的发展道路。
早期的雷达只能发现目标和测量目标的距离，所以把它叫做“无线电发现和测距”，人们取这句话英文字的开头几个字母构成一个新词“Radar”，中文的译音就是“雷达”。
在第二次世界大战中，雷达技术得到了广泛的应用和迅速的发展。在大战开始阶段，作战双方都用雷达来预报对方飞机的入侵情况。比如，1940年8月，在纳粹德国征服了欧洲大陆后，准备占领英国。为此希特勒亲自制定了代号为“海狮”的作战计划，出动了近千架飞机向英国进发。然而，他没有想到的是，德军第一次偷袭都被英国空军拦截，仅在2周内德军就损失飞机600多架。希特勒妄图占领英国的计划失败了。为什么英军能对德军进行准确的打击呢？原来英国人在沿海地带建造了许多雷达站，用它来预报来犯的德国飞机的数量、航向和距离，从而及时采取了防御措施，使德军遭到了惨败。这是第一次在实战中使用雷达。再比如，在“珍珠港事件”之前，美国军队也设有雷达站，还发现过来犯的日本飞机，但美国指挥官太大意了，结果耽误了时间，使来犯的日本飞机对珍珠港袭击成功，把驻守在珍珠港的美国太平洋舰队的主力，打了个稀巴烂。这时。轻视雷达作用的美国人才从迷梦中猛醒过来，但为时已晚。
在雷达用于空防之后不久，在军舰上也安装了雷达，这对海军的战术产生了重大的影响。英国军舰利用自己在使用雷达搜索目标方面的优势，即使在风大浪高、天空漆黑的夜晚，也能发现和追击德国的战舰。所以在第二次世界大战后期，德军被击沉的舰船和潜艇的数目迅速增加。到1943年，英国普遍使用了雷达，仅在9月份一个月内，就摧毁德国潜艇64艘，使德国军队受到了很大的创伤。
在第二次世界大战后期，雷达又与武器操纵系统相结合，使雷达也具备了攻击性。炮兵部队使用了这种雷达之后，不仅能自动搜索、跟踪目标，而且还能攻击目标，从而大大提高了火炮的命中率和炮兵的战斗力。
也是在第二次世界大战的后期，一种新的敌我识别系统用于雷达，使雷达又具有了识别敌我月标的能力。有的雷达还能随着环境和目标的变化，自动调整自己的工作状态，使雷达的威力更大了。
第二次世界大战以后，雷达开始被广泛地用于经济建设中。
在陆地上，利用雷达发射的电磁波，测量物体运动的速度；测量风速和风向；预报台风和暴雨；在机场用雷达实现现代化管理和调度等。
在高空中，利用雷达发射的电磁波，帮助高速飞行物飞越崇山峻岭；雷达与电视技术相结合，能使飞行员在自己的荧光屏上形象地看到目标的形状和环境的图像；雷达与天文学相结合，形成了“射电天文学”，用雷达发射的电磁波，可以探测流星的余迹，并推算出120千米以内的大气温度、密度、风向等。1964年，用雷达发射出的电磁波，为飞船在月球上着陆选定了合适的登陆点。
在地下，利用探地雷达发出的电磁波，能够准确地探查出地球的断层、空间、陷落等地壳结构的缺陷。它利用渗入到地下的电磁波和反射回波进行分析，可以探得地面以下20米范围内的地层情况，从而可以预防地陷滑坡和堤坝崩塌等灾难性事件，还可以用它来探查地下古物或金属矿藏等等。
随着科学技术的不断进步和经济建设的迅速发展，雷达的应用领域还在进一步扩大。现在人们已经普遍认识到，雷达是帮助人类认识世界和观察宇宙奥秘不可缺少的工具，雷达在经济建设领域中也发挥着重要的作用。所以，人们形象地称雷达是“高级侦探”，是人类的好朋友。
说了这么多雷达的好处，你可能会着急地想到：雷达到底是如何工作的呢？怎么会有这么大的本领呢？现在我们就来简单地谈谈这方面的问题。
雷达的基本组成包括三个部分：发射机、接收机、天线。开始时将接收机关闭，把发射机打开，由发射机产生一定形式的高频电磁波(超短波或微波)，经发射天线按特定的方向辐射出去。然后再将发射机关闭，把接收机打开，这时原来的发射天线就变成了接收天线。当电磁波在空间传播途中遇到目标时，就有一部分高频电磁波会反射回来，接收天线就会把这个信号接收下来并且输入到接收机中。观察人员就可以在接收机的输出端来判断有无目标以及目标的性质。电磁波从发射机发出到接收机收到反射回来的电磁信号所需的时间，再乘上电磁波的速度(即光速：30万千米／秒)，就是电磁波在雷达和目标之间的往返距离。然后再被2除，所得结果就是所测量的目标的距离。利用天线的方向性或者利用双波束天线系统，就可以测量出目标的角位置。
多普勒效应是人们常遇到的一种自然现象。比如，当你站在铁路旁边时，迎面飞驰过来一列鸣笛的高速火车，这时你会听到汽笛的声调变高；当火车远离而去时，你又会听到声调变得低沉；而听到静止的火车鸣笛时，则声调不变。这说明声波的频率(声调的高低)会因波源与观察者之间的相对运动而改变，这种现象就叫做多普勒效应。雷达发出的超高频电磁波也具有这种性质，利用电磁波的多普勒效应，人们就可以测量出目标是向着雷达站运动还是背着雷达站运动，并且可以计算出其速度的大小。
按辐射电磁波的类型及其功能的不同，雷达可分为多种类型，不同类型的雷达有着不同的用途。对此我们简单介绍如下：
圆锥扫描雷达。这种雷达的天线为特殊形状，它转动时在辐射空间形成一个圆锥形的覆盖区。这种雷达整体结构简单；主要用于测量目标角位置和角度的自动跟踪，曾广泛地用于高射炮火的控制。它的缺点是只能跟踪较慢的目标，同时也有一定的误差。
单脉冲雷达。它只需发射一个电磁波脉冲信号，就能实现对目标角度的定位和自动跟踪。它的优点是精确度高，抗干扰能力强。缺点是结构复杂，使用起来有所不便。
三坐标雷达。它可以在几个方面同时确定目标的位置，主要用于空中警戒方面。这种雷达对电磁波的波束形式要求严格，必须有多路接收装置，所以结构自然也就比较复杂了。
合成孔径雷达。它利用运载工具的有规律运动，依次在不同位置上发射相干的电磁波脉冲信号，然后对一连串回波信号进行处理并合成，所得结果分辨率高，适合于在高空飞机和卫星上使用。它的缺点是发射功率较小，对信号噪声比要求高。
相控阵雷达。它由很多个辐射单元在空间排列构成，通过技术上的特殊处理，能实现辐射电磁波束的空间扫描。能灵活地实现同时对多批量、多目标的搜索和跟踪，它主要用于警戒和跟踪。其优点是探测速度快，抗干扰能力强，功能多，测量距离远，可以达3700千米。
因此它的用途非常广泛，被称为雷达家庭中的“骄子”。它的缺点是结构复杂，造价高，设备庞大而难以隐蔽。虽然这样，但由于它的优点特别突出，目前仍是雷达技术发展的一个重要方向。
