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三十七、从吸铁石到罗盘
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指南针和中国古代的磁学知识(图)

时间:2009-10-31 10:36:48  来源:中国经济网综合
质异物。到了现代,已经发展为一种专门的磁性疗法,对关节炎等疾病显示出良好的疗效。 

    人工磁化法和有关地磁学的初步知识 

    我国古籍中有关人工磁化法的记载,基本上有两种。 

    一种是如沈括所说的用天然磁石磨擦钢针的的方法。从现代观点来看,这种方法实际上就是以天然磁石的磁场的作用,使钢针内部的单元小磁体——“磁畴”由杂乱排列变为规则排列,从而使钢针显示出磁性来。之所以用钢针,是因为钢的剩磁力强,可以成为永磁体。 

    另一种方法是利用地球磁场的作用使钢针磁化。《武经总要》所记载的指南鱼就属于这一种。“鱼法以薄铁叶剪裁,长二寸,阔五分,首尾锐如鱼形,置炭火中烧之,候通赤,以铁铃铃鱼首出火,以尾正对子位,蘸水盆中,没尾数分则止,以密器收之。”从现在知识看,把铁叶鱼烧红是为了让铁鱼内部的分子动能增加,从而使分子磁畴从原先的固定状态变为运动状态。然后使侥红的铁叶鱼沿着地球磁场方向放置,为的是通过强大的地磁场迫使运动着的分子磁畴顺着地球磁场方向重新徘列(由无规则排列到规则排列),这时铁鱼就被磁化了。最后由于我国地处地球的北半部,地磁场的方向应是北端向下,因此“蘸水盆中,没尾数分则止”,就是今铁叶鱼“正对子位”的鱼尾略为向下倾斜,使它在更大程度上被磁比。蘸人水中是为了使它迅速冷却,把分子磁畴的规则排列固定下来,同时也是淬火过程。最后“以密器收之”,可能是把指南龟放在天然磁石旁边,以形成闭合磁路,让它保持磁化或继续磁化。这称磁化法完全是凭经验得来的,但是它是磁学和地磁学发展的重要一环,比欧洲用同样磁化方法早了四百多年。 

    我国关于地球磁场可以磁化铁物的记载,还见于明代的一些著作中,如方以智的《物理小识》卷八《指南说》的注中引滕揖的话:“铁条长而均者,悬之亦指南。”李豫亨的《青乌绪言》中也记有堪舆家悬铁条使它指向的方法:“近遇地师汪弄丸者,始知以铁杖不拘巨细,系绳悬之,以手击之旋,旋定必指南,即罗经法也,余试之良然。” 

    磁偏角、磁倾角(地球磁场和水平面的夹角)和地磁场的水平分量(或地磁场的强度)称作“地磁三要素”。欧洲人对磁偏角的发现是在哥伦布海上探险途中的1492年,磁倾角的发现还要晚一些。而我国对磁偏角、磁倾角的发现都要早得多。 

    《武经总要》所记述的制指南鱼法,是包含有一定的地磁学知识的。甚至有关磁倾角的知识也反映在这种磁化法中。既然指南鱼在磁化过程中要北端(尾部)向下倾斜,这就隐含着当时的人们已经意识到有个倾角的存在。 

    北宋司天监杨维德于仁宗皮历元年(公元1041年)撰成的相墓书《茔原总录》说:“客主的取,宜匡四正以无差。当取丙午针,于其正处,中而格之,取方直之正也。”之所以“取丙午针”,就是由于磁针存在偏角的缘故。也就是说当磁针处于“丙午”方向时,方向盘的“午”才是地理的正南向。这是至今所发现的有关磁偏角的最早文献记载。 

    沈括在记述用天然磁石磨擦钢针可以指南的时候指出:“然常微偏东,不全南也。”沈括在这里说的是“常微偏东”,而不是必微偏东。他在说到悬挂磁针的时候,也是说“针常指南”。稍后一些的寇宗奭,在他编的《本草衍义》中收录了沈括的话,但他去掉“微”字,而保留“常”字,写成“常偏东”,“常指南”、“常偏丙位”等等,足见沈、寇二人对“常”字不是随便用的。从后来的地磁学发展知道,磁偏角是随地点的变化而变化的,而同一地点的磁偏角大小又随时间的推移而不断改变。这些变化是由于地磁极不断变动所致。沈括在《梦溪笔谈》里之所以记为“常微偏东”,可能是由于他观察磁针指南是在一个比较长的时间里,同时也由于他观察磁针是在随身携带在各个不同的地点上,因此他所得到的各个偏角值大小不一样,多数是偏东的,但是也不完全是这样。欧洲人首次发现磁偏角随地点变化是在哥伦布由西班牙航往美洲的途中;而发现同一地点的磁偏角随时间变化是在1634年。这些发现都是比较具体而详细的。而沈括的记述却很笼统,但是我们可以认为,磁偏角是在不断变化的这一现象,在《梦溪笔谈》里就有所反映。 

 

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