指南針大約在我國戰國時期就已經出現了.最初的指南針是用天然磁石制成的,樣子像壹只勺,底圓,可以在平滑的“地盤”上自由旋轉,等它靜止的時候勺柄就會指向南方.占人稱它“司南”.東漢的王充,在他的《論衡·是應篇》中曾說：“司南之杓,投之於地,其柢指南.”這裏的“地”,是指漢代栻占的方形“地盤”,地盤四周刻有八千（甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸）和十二支（子、醜、寅、卯、辰、已、午、未、申、西、戌、亥）,加上四維（乾、坤、糞、民）,***二十四向,用來配合司南定向.從戰國、秦漢、六朝以至隋唐的古籍中.有不少關於司南的記載.如《韓非子·有度篇》裏有“先王立司南以端朝夕”的話,“端朝夕”就是正四方的意思.《鬼谷子·謀篇》裏也記載說,“鄭人取玉,必載司南,為其不惑也.”就是說鄭國的人到遠處去采玉,就帶了司南去,以便不迷失方向.
古代的司南是用天然磁石經人工用琢玉的辦法琢磨成的.我國商周時期琢玉工人的技術已經很精湛,至遲在春秋時期就已經能把硬度五到七的軟玉和硬玉琢制成各種形狀的玉器,因此也能夠把硬度只有五·五到六·五的天然磁石制成形體比較簡單的司南來.
由於天然磁石在琢制成司南的過程中不容易找出準確的極向,而且也容易因受震而失去磁性,因而成品率低.同時也因為這樣琢制出來的司南磁性比較弱,而且在和地盤接觸的時候轉動摩擦阻力比較大,效果不很好,因此這種司南未能得到廣泛的使用.
隨著社會生產力的不斷發展,科學技術的不斷進步,航海業的不斷擴大和發展,制造出壹種比司南更好的指向儀器不但成為必要,而且也有了可能.在經過勞動人民長期的生產實踐和反覆多次的試驗之後,人們終於發現了人工磁化的方法,這樣就產生了更高壹級的磁性指向儀器.
北宋初年由曾公亮主編的壹部軍事著作《武經總要》和由著名的科學家沈括撰寫的《夢溪筆談》裏,分別介紹了指南魚和指南針.指南魚是用薄鐵葉裁成魚形,然後用地磁場磁化法,使它帶有磁性（詳後）.在行軍需要的時候,只要用壹只碗,碗裏盛半碗水,放在無風的地方,再把鐵葉魚浮在水面,就能指南.但是這種用地磁場磁化法所獲得的磁體磁性比較弱,實用價值比較小.另壹種指向儀器是指南針,它是以天然磁石摩擦鋼針制得.鋼針經磁石摩擦之後,便被磁化,也同樣可以指南.沈括根據他的見聞,在《夢溪筆談》卷二十四裏說道：“方家以磁石磨針鋒,則能指南.”直到十九世紀現代電磁鐵出現以前,幾乎所有的指南針都是采用這壹種人工磁化法制成的.這時,指南針在它的發展史上已經跨過了兩個發展階段——司南和指南魚,發展成壹種更加簡便、更有實用價值的指向儀器.以後各種名目繁多的磁性指向儀器,就都以這種磁針為主體,只是磁針的形狀和裝置法有所變化罷了
指南針 - 發明歷史
指南針
古代民間常用薄鐵葉剪裁成魚形,魚的腹部略下凹,像壹只小船,磁化後浮在水面,就能指南北.當時以此做為壹種遊戲.北宋時,曾公亮在《武經總要》載有制作和使用指南魚的的方法：“用薄鐵葉剪裁,長二寸,闊五分,首尾銳如魚型,置炭火中燒之,侯通赤,以鐵鈐鈐魚首出火,以尾正對子位,蘸水盆中,沒尾數分則止,以密器收之.用時,置水碗於無風處平放,魚在水面,令浮,其首常向午也.”這是壹種人工磁化的方法,它利用地球磁場使鐵片磁化.即把燒紅的鐵片放置在子午線的方向上.鐵片燒紅後,溫度高於居裏點,鐵片中的磁疇便瓦解而成為順磁體,蘸水淬火後,磁疇又形成,但在地磁場作用下磁疇排列有方向性,故能指南北.因我國長江黃河流域壹帶地磁有大約50度左右的傾角,如水平放置,則只有水平方向分量起作用,而以壹定角度放入水中,則使魚磁化的有效磁場強度增大,磁化效果更好.人工磁化方法的發明,對指南針的應用和發展起了巨大的作用.在磁學和地磁學的發展史上也是壹件大事.北宋的沈括在《夢溪筆談》中提到另壹種人工磁化的方法：“方家以磁石摩針鋒,則能指南.”按沈括的說法,當時的技術人員用磁石去摩擦縫衣針,就能使針帶上磁性.從現在的觀點來看,這是壹種利用天然磁石的磁場作用,使鋼針內部磁疇的排列趨於某壹方向,從而使鋼針顯示出磁性的方法.這種方法比地磁法簡單,而且磁化效果比地磁法好,摩擦法的發明不但世界最早,而且為有實用價值的磁指向器的出現,創造了條件. 關於磁針的裝置方法,沈括介紹了四種方法：
1.水浮法——將磁針上穿幾根燈心草浮在水面,就可以指示方向.
2.碗唇旋定法——將磁針擱在碗口邊緣,磁針可以旋轉,指示方向.
3.指甲旋定法——把磁針擱在手指甲上面由於指甲面光滑,磁針可以旋轉自如,指示方向.
4.縷懸法——在磁針中部塗壹些蠟,粘壹根蠶絲,掛在沒有風的地方,就可以指示方向了.沈括還對四種方法做了比較,他指出,水浮法的最大缺點,水面容易晃動影響測量結果.碗唇旋定法和指甲旋定法,由於摩擦力小,轉動很靈活,但容易掉落.沈括比較推重的是縷懸法,他認為這是比較理想而又切實可行的方法.事實上沈括指出的四種方法已經歸納了迄今為止指南針裝置的兩大體系——水針和旱針.
南宋陳元靚在《事林廣記》中介紹了另壹類指南魚和指南龜的制作方法.這種指南魚與《武經總要》壹書記載的不壹樣,是用木頭刻成魚形,有手指那麽大,木魚腹中置入壹塊天然磁鐵,磁鐵的S極指向魚頭,用蠟封好後,從魚口插入壹根針,就成為指南魚.將其浮於水面,魚頭指南,這也是水針的壹類.指南龜是當時流行的壹種新裝置,將壹塊天然磁石放置在木刻龜的腹內,在木龜腹下方挖壹光滑的小孔,對準並放置在直立於木板上的頂端尖滑的竹釘上,這樣木龜就被放置在壹個固定的、可以自由旋轉的支點上了.由於支點處摩擦力很小,木龜可以自由轉動指南.當時它並沒有用於航海指向,而用於幻術.但是這就是後來出現的旱羅盤的先聲.指南龜發明年代不晚於1325年.木塊刻成龜型,龜腹部中心嵌以磁體,木龜安放在尖狀立拄上,靜止時首尾分指南北.
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