自制指南针纸

中国是最早用文字记录磁现象的国家之一。公元前4世纪战国时期的《管子》中有“石下有铜金”的描述。这是关于磁铁和磁性矿物的最早记录。公元前3世纪吕的《春秋》中所写的“辞石呼铁，或引铁”描述了磁铁吸铁的现象。磁现象的应用，在中国古代魏末的《水经注》一书中提到，秦始皇为了防止带剑的刺客进入，用磁铁建造了阿房宫的北门。医学书上也讲过用磁铁吸铁来治疗吞针，但磁现象早期应用最辉煌的成就是指南针的发明和应用，这也是中国对人类的一大贡献。磁铁的导向性是在中国战国时期发现的。最早的指南中的磁铁是一个叫新浪的勺形磁铁。虽然它的灵敏度很低，但却给人启示:有一种地磁，磁铁可以指向。到了北宋时期，一种新的指向工具——罗盘鱼问世了。在曾公亮的《吴景宗要》中，详细记载了指南针的制造过程。这里有一个重大突破，就是采用磁化的方法，把鱼形铁磁化成指向仪。自此，指南针的制造和安装方法在北宋沈括的《孟茜笔谈》中有了明确的记载。很快罗盘和方位盘结合成罗盘，为航海提供了方便可靠的指向仪器。后来，我们的指南针传到了欧洲。到16世纪，欧洲出现了航海罗盘。指南针的发明促进了航海的发展，为研究地磁三要素创造了条件。英国人吉尔伯特对磁学的研究做出了杰出的贡献。他的《磁学》一书标志着对磁现象进行系统研究的开始，出版于1600年。书中记录了吉尔伯特研究磁现象时所做的各种仪器和实验过程，也记录了他从实验中得到的结论。根据磁针的排列和方位，他提出地球本身就是一个大磁铁，它的两极位于地理的南北极附近。提出了磁子午线的概念；吉尔伯特还解释了磁偏角和地磁倾角的测量方法；铁的磁化和退磁的概念；磁铁吸引力和排斥力的定性研究。这些都为磁学的进一步研究铺平了道路。到18世纪，磁学研究取得了新的进展。法国物理学家库仑对磁学的研究也做出了杰出的贡献。他参加了法国科学院举办的设计指向强、抗干扰性能好的指南针的竞赛，并提出了用丝绸悬挂指南针的设想，获得了磁学奖。在此基础上，他做了库仑扭秤。建立了库仑电荷相互作用定律，得到了磁相互作用定律。可以说，库仑是静电和静磁学的第一个奠基人。之后，法国数学家、物理学家泊松在库仑的基础上提出了磁体间相互作用的势函数积分方程，将磁学的研究发展到了定量阶段，但此时电和磁仍然是平行独立研究的。丹麦物理学家奥斯特在1820年发现了电流的磁效应，在当时的科学界引起了巨大的反响和关注。科学家们纷纷转向这一领域的讨论和研究，推动了整个电磁学的发展。安培从电流的磁效应出发思考:既然磁铁之间有相互作用，电流和磁铁之间也有相互作用，那么两个载流导体之间必然有相互作用。他通过一系列实验，找到了电流之间相互作用的实验基础，进行了定量研究，并于1820，1820年2月4日向科学院提交了论文，提出了计算两个电流线元之间作用力的公式——安培定律表达式。1821年初，安培进一步提出了磁起源假说，这就是历史上著名的分子电流假说。安培在奥斯特发现电流磁效应后第7天才发现载流导体之间的相互作用。一波新发现冲击着整个欧洲。面对新的发现，法拉第重做了已有的实验，提出了新的研究课题——既然电可以产生磁，为什么磁不能产生电？他开始了磁力发电的研究。经过10年的努力，在大量实验的基础上，发现了电磁感应现象及其规律。电磁感应的发现具有划时代的意义。法拉第最终把电和磁长期分离的两种现象联系起来，揭示了电和磁的本质关系，找到了机械能和电能之间的转换方法。理论上，为建立电磁场理论体系奠定基础；在实践中，它开创了电气化的新时代。法拉第发现电磁感应现象后，解释了法国科学家阿拉戈做的名为“奥秘”的实验——在悬挂的磁铁下放置一个自由旋转的圆形铜圆盘，当圆盘旋转时，磁铁也会旋转；反之，当磁铁旋转时，铜盘也会旋转。法拉第提出了磁感应线(磁力线)的概念，并首次绘制了磁感应线图。他认为磁感应线是代表现实的物质实体；每条磁感应线对应一对磁极。后来把有磁感应线的空间叫做“场”。麦克斯韦是英国著名的物理学家。他发展了法拉第的“力场线”思想并将其数学化，提出了描述电磁场运动规律的方程，预言了电磁波的存在。德国物理学家赫兹通过实验令人信服地证明了电磁波的存在。这不仅验证了麦克斯韦电磁场理论的正确性，也为无线电技术的建立和发展奠定了基础。爱因斯坦在1905年建立的狭义相对论，第一次统一了两种自然力——电和磁。随着近代电子计算机的发明，新的磁性材料不断涌现。人类的科学技术和物质生产活动都离不开电和磁，但对磁的探索是无止境的。随着新的磁学现象的发现和磁学更深层本质的暴露，磁学的应用也将呈现出新的局面。为磁学发展史写下新的篇章。