指南针和中国古代的磁学知识(1)
http://www.newdu.com 2024/10/06 06:10:00 中国经济网 佚名 参加讨论
 指南针的发明年代很早，已经有两千多年的历史。我国古籍中，有关指南针的记载很多。在这里，我们只就指南针的发明历史和它对人类的重大贡献，以及我国古代关于磁学方面的初步知识，作一简单的介绍。 关于指南针 指南针是利用磁铁在地球磁场中的南北指极性而制成的一种指向仪器，它和以齿轮结构的机械指南车不同。 我们现在所说的指南针是个总的名称，在各个不同的历史发展时期，它有不同的形体，也有不同的名称，如司南、指南鱼、指南针和磁罗盘等等。 关于指南针的最初发明者和发明年代现在无可查考。但是有一点是清楚的：指南针是我国古代劳动人民在长期的生产实践中集体智慧的结晶。 指南针的发展和演变 指南针大约在我国战国时期就已经出现了。最初的指南针是用天然磁石制成的，样子像一只勺，底圆，可以在平滑的“地盘”上自由旋转，等它静止的时候勺柄就会指向南方。占人称它“司南”。东汉的王充，在他的《论衡·是应篇》中曾说：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”这里的“地”，是指汉代栻占的方形“地盘”，地盘四周刻有八千(甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸)和十二支(子、丑、寅、卯、辰、已、午、未、申、西、戌、亥)，加上四维(乾、坤、粪、民)，共二十四向，用来配合司南定向。从战国、秦汉、六朝以至隋唐的古籍中。有不少关于司南的记载。如《韩非子·有度篇》里有“先王立司南以端朝夕”的话，“端朝夕”就是正四方的意思。《鬼谷子·谋篇》里也记载说，“郑人取玉，必载司南，为其不惑也。”就是说郑国的人到远处去采玉，就带了司南去，以便不迷失方向。 古代的司南是用天然磁石经人工用琢玉的办法琢磨成的。我国商周时期琢玉工人的技术已经很精湛，至迟在春秋时期就已经能把硬度五到七的软玉和硬玉琢制成各种形状的玉器，因此也能够把硬度只有五·五到六·五的天然磁石制成形体比较简单的司南来。 由于天然磁石在琢制成司南的过程中不容易找出准确的极向，而且也容易因受震而失去磁性，因而成品率低。同时也因为这样琢制出来的司南磁性比较弱，而且在和地盘接触的时候转动摩擦阻力比较大，效果不很好，因此这种司南未能得到广泛的使用。 随着社会生产力的不断发展，科学技术的不断进步，航海业的不断扩大和发展，制造出一种比司南更好的指向仪器不但成为必要，而且也有了可能。在经过劳动人民长期的生产实践和反覆多次的试验之后，人们终于发现了人工磁化的方法，这样就产生了更高一级的磁性指向仪器。 北宋初年由曾公亮主编的一部军事著作《武经总要》和由著名的科学家沈括撰写的《梦溪笔谈》里，分别介绍了指南鱼和指南针。指南鱼是用薄铁叶裁成鱼形，然后用地磁场磁化法，使它带有磁性(详后)。在行军需要的时候，只要用一只碗，碗里盛半碗水，放在无风的地方，再把铁叶鱼浮在水面，就能指南。但是这种用地磁场磁化法所获得的磁体磁性比较弱，实用价值比较小。另一种指向仪器是指南针，它是以天然磁石摩擦钢针制得。钢针经磁石摩擦之后，便被磁化，也同样可以指南。沈括根据他的见闻，在《梦溪笔谈》卷二十四里说道：“方家以磁石磨针锋，则能指南。”直到十九世纪现代电磁铁出现以前，几乎所有的指南针都是采用这一种人工磁化法制成的。这时，指南针在它的发展史上已经跨过了两个发展阶段——司南和指南鱼，发展成一种更加简便、更有实用价值的指向仪器。以后各种名目繁多的磁性指向仪器，就都以这种磁针为主体，只是磁针的形状和装置法有所变化罢了。 关于磁针的装置法，沈括亲自做了四种实验：把磁针横贯灯芯浮水上，架在碗沿或指甲上，以及用缕丝悬挂起来。 沈括这四种实验，概括起来是属于三种类型：一是水浮法，二是支点旋转法，三是缕丝悬挂法。沈括认为，“水浮多荡摇，”碗沿或指甲“坚滑易坠”，而以“缕悬为最善”。其实这三种方法各有优点，它们在后来都有不同程度的发展，都在实际中得到不同程度的用。而且前两种的应用还更加普遍。特别是水浮法，在我国指南针发展史上占有重要的地位。从已经发现的古代文献和地下出土文物可以看出，我国从两宋起，历元、明到清初，水浮法指南针在航海上和堪舆上都一直使用。有的还使用到清代的中后期。这种水浮法，据宋代寇宗奭(shì)的《本草衍义》、元代程的《三柳轩杂记》所说，是用灯芯或其他比较轻的物体做浮标，让磁针贯穿而过，使它浮在水面而指南。如滋针装置实验示意图的(1)所示。解放后在河北磁县、江苏丹徒、辽宁大连等地，陆续发掘出一批元代的“王”字瓷碗。碗腹内底画有三大点，中间穿一细划，样子像个“王”字。据王振锋考证①，这三点一划是表示“指南浮针”，中间的直线表示磁针，三大点表示和灯芯草有共同作用的浮标。这“王”字的绘画是有用意的。一个是为了表明这碗是专为浮针用的(在大连市出土的三个“王”字瓷碗底部圈足里都墨书一个正楷的“针”字，就是为了标明这碗是针碗)。另一个可能是为了标明磁子午方向，在一定程度上起了方位盘的作用。 (责任编辑：admin) |