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中国人率先发明了人造磁体 人民教育出版社 马执斌 在世界上，率先发现磁石吸铁现象的是中国人，率先发明人造磁体的也是中国人。 司马迁在《史记.封禅书》中记载着这样一个故事：西汉时期有个方士，叫栾大。他发明了一种“斗棋”，在汉武帝面前表演，两枚棋子“自相触击”，不仅会互相靠近而且也会互相排斥“相拒不休”。这一下子可把皇帝逗乐了。汉武帝立刻封赏栾大为“五利将军”。 那么，这两枚棋子是怎么制造出来的呢？栾大自然不会说出来，不过，与他同时代的人还是把制造斗棋的方法给揭开了，事见《淮南子·万毕术》。 斗棋的制造方法：“取鸡血与针磨捣之，以和磁石涂其头，曝干之，置局上，即相拒不休。”意思是说，把铁针、天然磁石捣碎，碾成粉末，再用鸡血搅拌成浆状，涂在两枚很轻的棋子外面，晒干它们，然后放在棋盘上，这两枚棋子就会斗起来。 棋子自己会斗起来，是有道理的。天然磁石被粉碎之后，每个微粒都是有磁性的，再渗入铁针粉末，使磁性得到加强，用鸡血搅拌涂在棋子表面，放在地面上晾晒，在晾晒过程中，磁石粉末和铁针粉末就在地球磁性的作用下，得到有规则的排序。这样，粉末的磁性得到强化，棋子就成为一块磁体。磁体有两极，同极相斥，异极相吸，利用这个原理，两枚棋子就斗个不停，跟打架似的。 方士奕大耍个把戏，逗乐汉武帝，骗取官位，这本身是一件荒唐事，不值得称道。但从科学的角度看，实际上奕大是世界上率先发明人造磁体者。这件事情的科学意义不可低估。 随着社会经济生产，军事战争和文化交流的发展，人们活动范围日益扩大，需要比用天然磁石磨制的司南杓更先进的指南仪器。经过长期科研实践，人们终于发明了用人造磁体制造的磁性效果更佳的指南鱼。 “指南鱼”一词，最早见于西晋时期崔豹所著《古今注》上，但具体制作情况已不可考。在北宋仁宗年间，曾公亮（998-1078）主持编纂的《武经总要》前集卷十五详细地记录了指南鱼的制造方法及其应用。书中说：“若遇天景曀霾，夜色暝黑，又不能辨方向，则当纵老马前行，令识道路，或出指南车及指南鱼，以辨所向。指南车法世不传。鱼法，用薄铁叶剪裁，长二寸宽五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密收之。用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也。”这个记载纯粹是制造指南鱼的经验之谈，然而这个经验符合科学原理。 首先，把铁片剪裁成鱼形，然后在炭火中烧红，其温度已高于居里点即769摄氏度，因而铁片的无规则排列的磁畴瓦解，自发磁化完全消失，铁片已变成顺磁体，不再具有自发磁化的特性。这时，把铁片鱼尾对准子位，即正北方，蘸水，进行淬火，使铁片鱼迅速冷却，可以形成较强的矫顽力，磁畴重新恢复。由于此时鱼尾正对北方，鱼首正对南方，与地磁场方向一致，所以在地磁场的作用下，铁片鱼的磁畴排列具有一定的方向性，即被磁化：正对北方的鱼尾被磁化成指北极，正对南方的鱼首被磁化成指南极。矫顽力越强，永磁性越好。所以，当铁片鱼浮于水面时，鱼首必然指南。另外，因为地磁具有相当大的倾角。所以，淬火时，要让水“没尾数分”，也就是使鱼尾稍向下倾，这样，鱼体的方向就更接近于地磁场的方向，那么磁化效果就会更高。 指南鱼的制造说明，古代中国人至迟在公元11世纪以前已经能够利用地磁场生产有实用价值的人造磁体，并在实践中发现地磁倾角的存在，而且懂得如何加以利用。这是一件了不起的科学贡献。在西方，发现地磁倾角是公元16世纪的事情。1600年，英国人吉尔伯特所著的《论磁》一书才谈到将铁加热到赤红在地磁场方向冷却磁化的方法。 利用地磁场进行人工磁化所得到的磁性还是比较低的，这就限制了这种人工磁体的实用价值。后来，人们又发明了摩擦传磁法。这种人造磁体的方法最早见于北宋沈括（1031-1095）所著的《梦溪笔谈》中。 《梦溪笔谈》卷二十四《杂志一》写道：“方家以磁石摩针锋，则能指南，然常偏东，不全南也。水浮多荡摇。指爪及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚易坠，不若缕悬为最善。其法：取新纩中独蚕缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针长指南。其中亦有摩而指北者。余家指南、北者皆有之。” “方家”是指当时专门研究物理的人。方家用磁石摩擦针锋，能够使铁针带上磁性。其科学原理是利用天然磁石的磁性使铁针内的分子得到有规则的排列，分子与分子的磁性相互加强，从而显出磁性来。这种摩擦传磁方法简便易行，而且磁化效果比地磁方法好得多，实用价大大提升。所以，这种人工磁化方法的意义极其巨在。在19世纪现代电磁铁出现以前，几乎所有的指南针都是用这种方法制成的。就是在今天这种方法仍然有人使用。在西方，直到公元1200年古约特才记载了利用天然磁石摩擦铁针制作的指南针的方法，比北宋沈括的记载晚了一个多世纪。 (责任编辑：admin) |