1.从磁石到磁铁
中国人最早发现磁力。早在公元3世纪就有“慈石召铁”的记述。东汉有人解释说:石是铁的母亲,但石又有慈和不慈的,慈爱的石能吸引它的子女(铁),不慈的石就不能吸引。所以汉朝以前都把吸铁石写成“慈石”。
我们知道,磁体有南北两个极,同极相排斥,异性极相吸引,这个现象在西汉时期也已被发现。那时有一个耍杂技的人,找到了两个棋子,它们不仅能相互吸引,还能相互排斥,他把这个游戏表演给汉武帝看,汉武帝高兴得不得了,还封他为“五利将军”。在汉代,人们还发现磁石虽然能吸引铁,但不能吸引铜和瓦石。
磁石对铁的吸引是一般物质隔不断的。把木头、玻璃、棉布放在磁石和铁之间,铁照样被吸引。这个现象,中国人在宋朝时就发现了,比欧洲人要早600多年。也是中国人,最早用磁石制成指南针。其实指南针指示的地球磁极和地理上的南北极并不完全是一回事,磁针指示方向和南北精确方向的偏差,叫做磁偏角。不同地点或同一地点的不同时期,磁偏角都有变化。宋代沈括认识到,磁针指南,但常常偏东,并不是正南。西方人到13世纪才注意到磁偏角的存在,但却错误地归罪于磁针有毛病。1492年哥伦布横渡大西样,才真正承认磁偏角,比我国要晚400多年。宋代人还发现了种种人造磁铁或人工磁化的方法,如摩擦感应法等等。
除了制造指南针外,古人还把磁铁用于作战、警卫、生产陶瓷……。秦始皇统一中国后,在京城建造了一座非常富丽的阿房宫。据说为了防备刺客暗杀皇帝,有人用大块大块磁石制造宫门,凡是带暗器的人就进不了磁石门。医书上还谈到用磁石吸铁的作用,来治疗吞针。
2.指引航向的指南针
在发明指南针以前,人类在茫茫大海中航行,常常会迷失方向,造成舟覆人亡的事故。是中国人发明了指南针,使人类航行有了方向。
中国在北宋时期就已发明了人工磁化的两种方:一种是沈括所说的用天然磁石摩擦钢针的方法,另一种是利用地球磁场的作用使钢铁磁化。人们把经过磁化的钢针,穿上几根灯草,放在一只盛满水的碗里,它就能浮在水上为航船指示方向,这就是世界上最早用来指示方位的仪器──指南针。
其实,早在远古神话传说中,已有“指南车”的记载。传说黄帝与尤作战,尤作大雾,黄帝用指南车战而胜之。到战国时已发明了叫做“司南”的定向仪器。司南用天然磁石琢成,勺柄指向南极,勺头指向北极。由于“司南”在使用时要放在“地盘”上,所以也有人将“指南针”叫做“罗盘针”。但这种罗盘针中的天然磁铁,在琢制过程中,容易受震,使磁针受到破坏,因而使罗盘指向不清。直到北宋时发明了人工磁化的方法后,指南针才得到了广泛应用。指南针的发明,大大推进了航海事业的发展。它对明朝初年郑和下西洋以及15世纪哥伦布、麦哲伦的航海大发现,都有重大的影响。
指南针是一根用人造磁铁制成的磁针。它的一端指南,一端指北。指南的那端叫南极,也叫S极;指北的那端叫北极,也叫N极。指南针的两极为什么总是指向南北呢?原来,每一个磁体都有南极和北极,这两个磁极是磁极最强的部分。如果把一根条形磁铁的北极磁针的北极,可以看到它们互相推斥;把条形磁铁的南极靠近磁针的北极,可以看到它们互相吸引。这表明同名磁极互相推斥,异名磁极互相吸引。
地球本身就是一个巨大的磁体,它的南极和北极位于地球的两端。根据磁极之间互相作用的规律,指南针的北极与地磁的南极互相吸引,指南针的南极与地磁的北极互相吸引。所以,指南针静止时,它的北极总是指向地球的北端,南极指向地球南端。
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