磁体在中国的发展史?
磁铁通常被称为“磁石”,它将许多铁屑紧紧地吸引在一起,就像一位慈祥的母亲吸引着她的孩子一样,所以人们称之为“磁石”。磁铁吸引铁是因为每个磁铁两端的磁极不同,一个叫正极,一个叫负极。人类居住的地球也是一块巨大的天然磁铁。地球的北极和南极也有不同的磁极。地球北极为负,地球南极为正。根据同性磁极相斥,异性磁极相吸的原理,取一根可以自由旋转的磁针。无论你站在地球的哪个位置,它的正极永远指向北方,负极永远指引着你。
战国时期,人们利用磁铁的特性,制作了一种指示南北的工具——司南。但是,战国时期的新浪是什么样子,无法考证。教科书插图《中国历史》“新浪”是根据中国历史博物馆的展品“汉代新浪模型”绘制的。这个模型是后人根据历史记载和地下出土的汉代遗址实物制作的。遗址用青铜制作,内圆外圆,中央圆面打磨得非常光滑,保证勺体指示方向的准确性。中圆外围依次排列八卦、天干、地支、二十八宿,共二十四个方位。遗址中央的小勺子是用一整块天然磁铁磨出来的,磁铁的阳极磨成了新浪的长柄,勺头底部是半球形,非常光滑。使用时,先将站点放平,再将新浪放在站点中间,用手移动勺柄使其旋转。当司南停下来的时候,勺柄所指的方向是南方。这种勺子形状的新浪一直使用到八世纪。
到了宋代,劳动人民已经掌握了制作人造磁铁的技术,还制作了导盲鱼。圆规鱼被切成鱼形薄钢板,长两寸,宽五分。鱼的腹部部分凹陷,这样鱼就能像船一样浮在水面上。然后把鱼和天然磁铁放在一起。由于磁铁的吸引力,钢板通过磁感应也具有磁性。这种人工磁转移方式做出来的罗盘鱼,比用新浪方便多了。只要有一碗水,把罗盘鱼放在水面上就能辨别方向。经过长期的改进,人们把钢针在天然磁铁上摩擦,钢针也有了磁性。这种人工透磁的钢针,可以说是正规的指南针。沈括在《孟茜笔谈》中提到,他对指南针的使用做过四次实验,即水浮法、悬挂法、钉法和碗唇法。“水浮漂”就是把指南针放在盛有水的碗里,让它浮在水面上指示方向。“挂缕法”是在磁针中间涂些蜡,上面粘一根丝线,将丝线挂在木架上,针下放一个标有方位的圆盘。指针静止时,钢针会指示南北。“钉法”是将钢针放在指甲表面,轻轻转动。因为指甲光滑,磁针也能像新浪一样起到导向作用。“碗唇法”就是把磁针放在碗的光滑边缘,转动磁针,会起到和钉法一样的导向作用。经过仔细观察和实验,沈括还发现磁针指示的方向不是正南正北,而是略偏西北和东南。这个发现科学上叫做磁偏角。
中国不仅是世界上第一个发明指南针的国家,也是第一个使用指南针导航的国家。11世纪末,指南针开始用于导航。北宋糜竺在《周萍柯谭》中说,当时船上的人辨认地理方向,晚上看星星,白天看太阳,阴天下雨时看罗盘。北宋驻朝鲜使节许婧也在《宣和出使朝鲜图》中说:船队起航时“夜望星辰,若暗则用导浮针”。可见当时从事航海的人已经普遍掌握了指南的科学知识。随着指南针在航海中的广泛应用,指南针本身也得到了改进。南宋时,磁针和方位器组装成一个整体,就是指南针。元代有人工导龟和竖针导鱼。课本上的指南针插图是现代使用的指南针示意图。
指南针的发明和应用不仅使人们克服了航海时不易辨别方向的困难,而且促进了世界航海的发展和文化交流。南宋时期,一些阿拉伯商人和波斯商人经常在中国渔船上进行贸易。他们学会了制作指南针,同时把这种方法传播到了欧洲。直到12世纪末13世纪初,一些阿拉伯和欧洲国家才开始使用指南针航行,比我国晚了一百多年。