在北宋,指南针的使用非常普遍。当时,它已经掌握了使用天然磁体进行人工磁化的技术。人工磁铁的磁性比天然磁体稳定得多。让我们详细介绍一下。让我们看看!
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北宋时期,曾公亮在《武经总要》中包含了制作和使用指南鱼的方法:“用薄铁叶切割,长2寸,宽5分,第一尾像鱼一样锋利,在炭火中燃烧,侯通红,铁钱鱼第一次着火,最后对着子位,蘸在盆里,没有尾数就停止,用密器收集。用的时候把水碗放在无风的地方,鱼放在水面上,让它浮起来,它的第一个往往是下午。”
这是一种人工磁化的方法,它利用地球磁场来磁化铁。也就是说,将烧红的铁片放在子午线的方向上。铁片烧红后,温度高于内点,铁片中原有无序状态的磁类分解成顺磁体。浸入水中淬火后,磁类再次形成,但在地面磁场的作用下,磁类排列有方向性,因此可以引导北方。
由于中国长江黄河流域的地磁性倾角约为50度,如果水平放置,只有水平方向的重量起作用,并从一定角度放入水中,增加了鱼类磁化的有效磁场强度,具有更好的磁化效果。
人工磁化方法的发明在指南针的应用和发展中发挥了重要作用。它也是磁学和地磁学发展史上的一件大事。
北宋沈括在《梦溪笔谈》中提到了另一种人工磁化方法:“方家用磁石摩针锋,可以指南。”据沈括介绍,当时的技术人员用磁石摩擦缝纫针,可以使针带磁性。
从目前的角度来看,这是一种利用天然磁石的磁场作用,使钢针内磁类的排列趋于某一方向,从而使钢针显示磁性的方法。该方法比地磁法简单,磁化效果优于地磁法。摩擦法的发明不仅是世界上最早的,而且为磁指向器的出现创造了条件。
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沈括还在《梦溪笔谈》中谈到了摩擦法磁化时产生的各种现象:“如果用磁石摩针锋,会有尖锐的正常指南,也会有指北者,不怕石头...相反,南北应该不一样,没有深入研究。”
也就是说,用磁石摩擦缝纫针后,针有时指南,有时指北。从目前的角度来看,磁石有两个极:N和S。如果在磁化过程中缝纫针的方向不同,磁化后的方向也会不同。但沈括并不知道这个道理。他真的记录了这一现象,并承认他没有深入思考。希望后人能进一步讨论。
沈括介绍了磁针的装置方法:
1、水浮法——在磁针上穿几根灯心草浮在水面上,就能指明方向。
2、碗唇旋转法-将磁针放在碗口边缘,磁针可旋转,指示方向。
3、指甲旋转法-将磁针放在指甲上,因为指甲表面光滑,磁针可以自由旋转,指示方向。
4、缕悬法-在磁针中间涂一些蜡,粘一根丝,挂在没有风的地方,就能指明方向。
沈括还比较了四种方法。他指出,水浮法最大的缺点是水容易晃动,影响测量结果。碗唇旋转法和指甲旋转法由于摩擦力小,旋转灵活,但容易掉落。
沈括推重了一缕悬法,他认为这是一种理想而实用的方法。事实上,沈括指出的四种方法总结了指南针装置的两个系统——水针和干针。
《梦溪笔谈》是沈括(1031-1095年)关于中国古代科技的作品,书中谈到了磁学和指南针的一些问题。
什么是人工磁化?人工磁化是如何在北宋进行的?