來源: 中國經濟網 關於磁石的吸鐵性
磁石有一個區別於別種礦石的顯而易見的特性，就是它的吸鐵性。磁石吸鐵性的發現年代很早，它同靜電學裏的『琥珀拾芥』現象一起，通常被古代人聯繫起來比喻事物的本性。由於磁石具有吸鐵的特性，因此它也容易被人們發現。古代人把磁石的這種特性比喻做母子相戀，認為『石，鐵之母也。以有慈石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也。』(【呂氏春秋・季秋紀・精通篇】高誘注)因此，漢初以前，都是把『磁石』寫成『慈石』。【淮南子・說山訓】和【覽冥訓】中還提到『慈石能引鐵，及其於銅則不行也』，『而求其引瓦則難矣』。
從現代物理學知識知道，磁石之所以能夠吸鐵，是由於鐵的導磁係數遠遠比一大。鐵被磁石的磁場作用後，會感應出很大的附加磁場，也就是說鐵本身也成為一個強磁體，因而能被磁石吸引。而銅、金等大多數的金屬和非金屬，都是一般的弱磁性物體，它們的導磁係數都十分接近於一(略大於或小於一)，因此這些物體不能被磁石吸引。對於這一問題，宋代的陳顯微和俞琰曾經作了探討，認為磁石所以吸鐵，是有它們本身內部的原因，是由鐵和磁石之間內在的『氣』的聯繫決定的(『神與氣合』，『皆陰陽相感，隔礙相通之理』)。明末的劉獻廷(1648―1695)在他的【廣陽雜記】一書中也認為磁吸鐵是由於它們之間具有『隔礙潛通』的特性。劉獻廷還在他的書中記述了磁屏蔽現象：『或問余曰：「磁石吸鐵，何物可以隔之？」猶子阿孺曰：「惟鐵可以隔之耳」』。劉獻廷並且把鐵的這種磁屏蔽作用理解為『自然之理』。這種力圖用自然界本身來解釋自然現象的觀點是唯物主義的。考慮到當時的科學水平，也只能作出這樣解釋。
我國古代還把磁石吸鐵性應用於生產上。清朱琰著的【說】記有古代燒白瓷器的時候，用磁石過濾釉水中的鐵屑，因為素瓷如果沾有鐵屑，燒成後就會有黑斑。在製藥的過程中，由於鐵製的杵臼往往會有碎屑混在藥裏，人們也往往用磁石吸去杵頭的鐵屑。磁石也應用於醫療上，明代李時珍的【本草綱目】記載到宋代的人就用磁石吸鐵作用來進行某種外科手術，如在眼裏或口裏吸收某些細小的鐵質異物。到了現代，已經發展為一種專門的磁性療法，對關節炎等疾病顯示出良好的療效。
人工磁化法和有關地磁學的初步知識
我國古籍中有關人工磁化法的記載，基本上有兩種。
一種是如沈括所說的用天然磁石磨擦鋼針的的方法。從現代觀點來看，這種方法實際上就是以天然磁石的磁場的作用，使鋼針內部的單元小磁體――『磁疇』由雜亂排列變為規則排列，從而使鋼針顯示出磁性來。之所以用鋼針，是因為鋼的剩磁力強，可以成為永磁體。
另一種方法是利用地球磁場的作用使鋼針磁化。【武經總要】所記載的指南魚就屬於這一種。『魚法以薄鐵葉剪裁，長二寸，闊五分，首尾銳如魚形，置炭火中燒之，候通赤，以鐵鈴鈴魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收之。』從現在知識看，把鐵葉魚燒紅是為了讓鐵魚內部的分子動能增加，從而使分子磁疇從原先的固定狀態變為運動狀態。然後使僥紅的鐵葉魚沿着地球磁場方向放置，為的是通過強大的地磁場迫使運動着的分子磁疇順着地球磁場方向重新徘列(由無規則排列到規則排列)，這時鐵魚就被磁化了。最後由於我國地處地球的北半部，地磁場的方向應是北端向下，因此『蘸水盆中，沒尾數分則止』，就是今鐵葉魚『正對子位』的魚尾略為向下傾斜，使它在更大程度上被磁比。蘸人水中是為了使它迅速冷卻，把分子磁疇的規則排列固定下來，同時也是淬火過程。最後『以密器收之』，可能是把指南龜放在天然磁石旁邊，以形成閉合磁路，讓它保持磁化或繼續磁化。這稱磁化法完全是憑經驗得來的，但是它是磁學和地磁學發展的重要一環，比歐洲用同樣磁化方法早了四百多年。
我國關於地球磁場可以磁化鐵物的記載，還見於明代的一些著作中，如方以智的【物理小識】卷八【指南說】的注中引滕揖的話：『鐵條長而均者，懸之亦指南。』李豫亨的【青烏緒言】中也記有堪輿家懸鐵條使它指向的方法：『近遇地師汪弄丸者，始知以鐵杖不拘巨細，繫繩懸之，以手擊之旋，旋定必指南，即羅經法也，余試之良然。』
磁偏角、磁傾角(地球磁場和水平面的夾角)和地磁場的水平分量(或地磁場的強度)稱作『地磁三要素』。歐洲人對磁偏角的發現是在哥倫布海上探險途中的1492年，磁傾角的發現還要晚一些。而我國對磁偏角、磁傾角的發現都要早得多。
【武經總要】所記述的制指南魚法，是包含有一定的地磁學知識的。甚至有關磁傾角的知識也反映在這種磁化法中。既然指南魚在磁化過程中要北端(尾部)向下傾斜，這就隱含着當時的人們已經意識到有個傾角的存在。
北宋司天監楊維德於仁宗皮曆元年(公元1041年)撰成的相墓書【塋原總錄】說：『客主的取，宜匡四正以無差。當取丙午針，於其正處，中而格之，取方直之正也。』之所以『取丙午針』，就是由於磁針存在偏角的緣故。也就是說當磁針處於『丙午』方向時，方向盤的『午』才是地理的正南向。這是至今所發現的有關磁偏角的最早文獻記載。
沈括在記述用天然磁石磨擦鋼針可以指南的時候指出：『然常微偏東，不全南也。』沈括在這裏說的是『常微偏東』，而不是必微偏東。他在說到懸掛磁針的時候，也是說『針常指南』。稍後一些的寇宗]，在他編的【本草衍義】中收錄了沈括的話，但他去掉『微』字，而保留『常』字，寫成『常偏東』，『常指南』、『常偏丙位』等等，足見沈、寇二人對『常』字不是隨便用的。從後來的地磁學發展知道，磁偏角是隨地點的變化而變化的，而同一地點的磁偏角大小又隨時間的推移而不斷改變。這些變化是由於地磁極不斷變動所致。沈括在【夢溪筆談】裏之所以記為『常微偏東』，可能是由於他觀察磁針指南是在一個比較長的時間裏，同時也由於他觀察磁針是在隨身攜帶在各個不同的地點上，因此他所得到的各個偏角值大小不一樣，多數是偏東的，但是也不完全是這樣。歐洲人首次發現磁偏角隨地點變化是在哥倫布由西班牙航往美洲的途中；而發現同一地點的磁偏角隨時間變化是在1634年。這些發現都是比較具體而詳細的。而沈括的記述卻很籠統，但是我們可以認為，磁偏角是在不斷變化的這一現象，在【夢溪筆談】裏就有所反映。
到了南宋，磁偏角因地而異的情況有了更明確的記載，並且被應用到堪輿羅盤上，如前面已經提到的曾三異，他在【同話錄】中說：『天地南北之正，當用子午。或謂今江南地偏，難用子午之正，故以丙壬參之。』這就是說，在地磁子午線和地理子午線一致的地方，用子午正針就可以了；而在我國東部沿海一帶，地磁子午線和地理子午線有一夾角，就要參用丙壬縫針。
到元明清時期，堪輿羅盤也都設有縫針，而且不同時期、不同地域所制的羅經盤的縫針方位也都不一致。這可以看成是我國古代關於偏角因時、地而變化的原始記錄。
從上面的介紹可以看出，我國古代關於磁學和地磁學的知識是相當豐富的，而指南針的發明，尤其是指南針在航海中的應用，更開世界磁性導航的先河。我國古代勞動人民以自己的辛勞和智慧為人類古代文明做出了巨大的貢獻。 |
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