实际上,司南和地盘接触时,摩擦较大,效果不佳,应用受到影响。后来便发明了指南鱼。在曾公亮主编的《武经总要》前集卷十五中就记载有指南鱼的制作方法及其应用。根据记述,可以发现指南鱼是用人工磁铁做成的,而人工磁铁是利用地磁场进行人工磁化的,指南鱼放在水面上,转动时的摩擦比司南与青铜地盘之间的摩擦要小得多。
北宋时期的沈括(1031—1095)在《梦溪笔谈》中就有不少关于静磁现象和指南针的记载。该书卷二十四《杂志一》中记有:“方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。水浮多荡摇,指爪及碗唇上皆可为之,运转尤速,但坚滑易坠,不若缕悬为最善。其法取新纩中独茧缕,以芥子许蜡,缀于针腰,无风处悬之,则针常指南。”这段记载首先指出存在着地磁偏角(“常微偏东,不全南”),也就是说发现并测定了地磁子午线和地理子午线之间的夹角。接着讲了指南针的4 种装置方法,即浮在水面、放在指甲上或碗唇沿上,同时指出这3 种方法的不足之处,接着详细记述了第4 种用茧丝悬挂的办法,并认为这是一种最好的装置方法。
【吉尔伯特和《磁学》】
吉尔伯特(William Gilbert,1544.5.24—1603.12.10)是英国物理学家,也是一位医生。在物理学上的贡献主要是研究磁的性质,并提出地球的作用好像是一个大磁体的理论。
1600 年,吉尔伯特发表了题为《磁体、磁性物质和地球大磁体的新科学》的著作,详细地叙述了磁石的吸引和排斥、指向南北的性质、磁偏角和磁倾角等。明确指出,磁石具有天然的两极,一个北极,一个南极,它们是磁石中的两个确定点,是一切运动和效应的发端。同时又指出,磁石的力不是从数学上所谓的点发出的,而是从磁石各部分本身发出的。这些部分靠极越近,则所具的力越强,而施加于其他物体的力也越大。吉尔伯特认为,磁石指向南北的原因是地球本身,地球就是一个大磁石。为了证明这一思想,他用天然磁石加工成球形,模拟地球,并将许多小磁针放在上面,它们的指向与在地面上不同位置的指南针的指向相仿。他又提出,如果把磁针排列的方向用粉笔画在球形磁石上,就会形成一些子午圈,它们会聚到磁石上两个相反的端点,这就是“磁极”。
吉尔伯特还研究了天然磁石的吸引力与琥珀吸引力的区别,并首先提出“电”、“电力”、“电吸引”等概念,并对电力和磁力作了比较。他认为,磁石总能吸引磁体(或铁),而琥珀要摩擦后才能吸引物体;磁石有两个区域吸引磁体(或铁),而琥珀摩擦后吸引物体时总是朝着一个中心区域。
【富兰克林和风筝实验】
富兰克林(Benjamin Franklin,1706.1.17—1790.4.17)是美国的科学家,他对电学研究很感兴趣,提出了电的单流体学说,为我们留下了正电、负电这两个名称。而影响更大的还是他做的风筝实验。
1752 年10 月16 日富兰克林给伦敦友人柯林先生的信中描述了这一著名的实验。信中这样写道:“用两根轻便的杉木条做一个十字架,架的四支杆须能伸到一张铺开的大而薄的丝绸手帕的四角,将手帕各角扎在枝杆端上,形成一个风筝本体,再加上尾巴、环和线,就可以飞向天空,如同纸质风筝一样,不过因为这一风筝是用绸做成的,所以它能经受住雷雨的风吹雨打,而不致于被撕裂。在上枝杆末端安装一根伸出木杆之外约一英尺的尖端金属丝,在手与麻绳之间系上一根丝带,再在绳与带连接处安装一个栓。这种绸风筝应该在雷雨将来临时升上天空,牵线的人必须站在门内或窗内,或者在有遮蔽的地方,以免丝带受湿。还需注意,不能让麻绳触及门框或窗框。一旦丝绸风筝的上空出现雷雨,那根尖端金属丝就会从那里取得电火,于是这一风筝连同麻绳都带电了,麻绳上未捆紧的纤维都向各方突出,用手指接近时,它们就受到吸引。当风筝和麻绳全被淋湿时,它便能自由传导电火,倘若你将手指接近它,电火将从栓子大量涌出。你可以在栓上安放一个小玻璃瓶来充电。这样获得的电火可以点燃酒精,可以用来进行所有其他的电实验,这些实验也可以用摩擦过的玻璃球或玻璃管来做。带着闪电的物体和带电的物体之间相同之处完全显示出来了。”这一实验充分证明,“天电”与摩擦产生的电之间没有区别,是同一种物理现象。
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