磁学的生活运用

磁学的生活运用

早在汉代，古人已发现磁石虽然可以吸铁，但不能吸引铜和瓦石，而且还知道磁铁的排斥现象，并把磁铁排斥现象应用于休闲活动——斗棋。磁石也用于防盗和军事：秦始皇阿房宫的大门就有磁石，用来防持带铁器的盗贼进入；晋朝大将马隆与羌人作战时，在窄道上迭磁石，羌人经过，铁制的盔甲兵器被磁石吸去，羌人以为神，马隆因此大胜。虽然古人仍未知道地球本身是个大磁体，然而自秦汉时期起，磁学知识已应用于辨别方向，且发展了不同的人工磁性指向器，尤其是宋代，指南针、指南鱼和指南龟几乎同时问世，不但应用在风水堪舆学上，也应用到航海技术上。

一、古代磁性指向器

1.司南

秦汉时期的磁性指向器叫“司南”，是用天然磁石加工而成，由青铜地盘与磁勺组成。磁勺形状像瓢勺，地盘内圆外方，刻有天干、地支和八卦表示的24个方位，中心圆面下凹，把磁勺放在中心圆上，静止时，勺柄总是指向南方。

2.指南鱼的制造方法

曾公亮等人当时虽没有地磁场乃至地磁倾角的理性概念，然而，在实践中，他们却充分利用了地磁场和地磁倾角以磁化铁片，曾公亮记载的指南鱼制造方法，正是这一项实践。

将薄铁，即钢片，剪成鱼形片，并烧红（炉温高于约700℃），遇高温则钢铁的磁畴排列会完全被打乱；遇冷（“蘸水”），即淬火急冷，磁畴排列又复形成。关键之处在于冷却时“以尾正对子位”，即将铁片按地球子午线方向（地磁的南北方向）冷却，在地磁场的影响下，冷却后的铁片磁畴即顺着地磁方向排列了，于是铁片产生了磁性，则鱼头为北极，鱼尾为南极。另外，其中还有一个利用地磁倾角的技巧，就是将铁片“没尾数分”，斜插入水盆中淬火，可以增强铁片的磁化度。将这种指南鱼平放入水碗后，受地磁场影响，鱼头指向南方，鱼尾指向北方。

3.罗盘

罗盘是指南针与刻度盘相结合的产物。刻度盘在中国产生于先秦时期，但罗盘只有在磁针诞生之后才有可能问世。罗盘最初被称为“地螺”，盘面是圆形的，上有方向刻度，当中又有旱罗盘和水罗盘之分。

4.旱罗盘

罗盘最先被堪舆家用于相墓、相宅、看风水，在江西临川一座葬于公元1198年的宋墓里，出土了两个张仙人瓷俑，瓷俑右手持罗盘，从它竖持罗盘和罗盘的磁针中央有转动中心来看，这应该是旱罗盘，而安装磁针的方式可能是回旋枢轴。旱罗盘最迟产生于12世纪下半叶，沈括和陈元靓所说的丝悬磁针和指南龟都是旱罗盘的始祖。

5.水罗盘

水罗盘就是将磁针或指南鱼放入水碗中，再在碗外缘加上刻度盘的指向器。元代时盛行“针碗”，一般在碗内底画出24个方位，注水并放入指南针即可以识别指针方向，主要应用于航海船舶。针碗的优点在于不容易翻倒或打碎，因其碗底深，一般置于后舱沙堆之中，沙堆可减缓碗的移动，使碗内的水总是保持平衡，而磁针受航行的干扰就相对减低。12世纪初，中国人在航海中使用指南针或罗盘已相当普遍，而有关磁学及罗盘的知识是由阿拉伯人从中国传到欧洲的。

二、磁石与地磁偏角

1.磁石

春秋时期，古人早就发现了磁石吸铁的现象，他们把磁石的“磁”字写成慈母的“慈”字，认为“慈石”吸铁就像慈母爱子一样，所以“慈石”是磁石最初的写法。

2.地磁偏角

宋代杨维德使用指南针看风水、确定四方的方位发现了地磁偏角，并指出指南针“当取丙午针”。“午”是地理正南方，“丙”是地理正南偏东，指南针的南向，即地磁南向是在这两个地理方向之间，而地磁南向与地理南向有偏差，就是所谓的地磁偏角。可以说杨维德和沈括是世界上最早发现地磁偏角的人，而西方直到1492年才由哥伦布在航海经验中发现地磁偏角，比杨维德的记述迟了450年。