1.1 古代对电和磁现象的观察和应用.doc

1.1 古代对电和磁现象的观察和应用(一）关于电与磁的现象的最早现实应该归功于古希腊人。被誉为古希腊“七贤之一”的哲学家泰利斯（Thales）曾叙述过织衣者所观察到的现象，那就是用毛织物摩擦过的琥珀能够吸引某些轻的物体。琥珀是一种矿物化的黄色树胶，在古代用于装饰。琥珀象金子一样地闪闪发亮，故被称为“琥珀金”（electron），由此产生了“电”（electricity）这个词。 古希腊人对磁现象也有相当的了解。古罗马的学者普林尼（ Pliny, 公元前 23 前 79 ）曾经说过，古希腊人把天然磁石称为“活铁”。在希腊山区，牧羊人喜欢在羊鞭尖上套上一块铁皮，这样可以使羊鞭不至于过早地磨损。有一次牧羊人赶着羊群迁徙牧场，来到一个叫做马格西尼亚的山区时，牧羊人感到羊鞭被什么东西抓住了，不好使唤，牧羊人细心查找原因，发现山上石头对羊鞭尖上的铁皮有吸引力。 当时希腊的牧羊人就称这种灰褐色的石头块为“马格尼特”，“活铁”也因此而得名。古希腊人还发现这种石头有定向作用，把它称作“定向石头”，在拉丁文中叫“ lodestone ”，“lode”即“定向”的意思。 在古代中国，也早就有关于磁现象以及电现象的认识。这方面的文献和典籍，要比其它文明古国丰富得多。大约在春秋末期（约公元前四、五世纪）成书的管子地数篇，战图时期的鬼谷子，战国末期的吕氏春秋等，都留记述了天然磁石及其吸铁现象，记述了世界上最古老的指南针“司南”。公元前 127 年，方士奕大以磁石作棋子，使其相互碰击。淮南万毕术中记有“磁石拒綦”的排斥现象。 汉代王充在其著作论衡中对世界上最古老的指南针“司南”作了进一步详细的记述，他写道：“司南之杓，投之以地，其祗指南。” 人们对磁石在防盗、防刺、作战和医疗应用上作过许多设想。三辅黄图一书曾有这样的记载：秦始皇统一中国后，曾多次遭到政敌的谋刺，因此在建造阿房宫时，特别命工匠用磁石筑砌北阙门，利用磁石吸铁的作用防备刺客暗藏铁器进宫行刺。晋书马隆传也曾记载：“隆依八阵图作偏箱车，出敌不意。或夹道累磁石，贼负铁锤，行不得前，隆卒悉被犀甲，无所留碍，贼咸以为神。”由此可见，晋朝时期在军事上也把磁石派上了用场。 汉代初期，已有玳瑁、琥珀经摩擦吸引轻小物体的记载，晋朝有“今人梳头、解著衣，有随梳解者，有光者，也有喧声”的记叙。东汉王充（公元 27 97 ）在论衡乱龙篇中记有“整牟缀芥，磁石引针”一说。这在那时对电、磁现象是两类不同、没有联系的现象的人类认识来说王充能把电吸引和磁吸引并列相提，是很不寻常的。这种电、磁现象相提并论的认识还见于三国志吴书中的文字记载：“虎魄不取腐芥，磁石不受曲针。”这是说，腐烂的芬革（由于其含水而造成导电性）不被（带静电）的琥珀吸引；一些比较柔软的易于弯曲的金属（如金、铜无永久磁性）不被磁石吸引。晋代张华（公元 232 300）曾发现用梳子梳理头发和解脱丝绸毛制衣服时的起电现象，他看到静电火花，听到放电的噼啪声。唐代殷成式发现了用手抚摸活猫会有静电火花产生；唐代张邦基曾发现孔雀毛的静电感应现象；明代的都邛在三余赘笔中曾记述了“吴绞出火。吴绞为裳，暗室中力持曳，以手摩之良久，火星直出”的摩擦起电现象。 中国宋代静磁学取得当时世界上的最好成就。将铁针与磁石摩擦即可获得磁性。武经总要还记述了曾公亮的磁化操作过程： “以薄铁片剪裁长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止。以密器收藏”。这段文字说明了要将烧红的铁片作淬火处理，并在冷却时顺着地磁场南北方向，使铁片中磁畴排列有方向性。文中还说明淬火时只使其尾浸入水中数分，整块铁片在水中形成一倾斜方向，这就是利用地磁倾角，使铁片和地磁场方向更接近一些，从而铁片更有效地得到磁场的磁化。沈括在梦溪笔谈（巷首四）中还写道：“方家以磁石摩铁锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。这是世界上最早的关于地磁偏角的文字记载。 对世界文明有重要影响的指南针是中国古代人的发明。沈括指出了四种指南针的安放办法：水浮法，把针放在水面上；指甲法，把针放在光滑的指甲上；碗唇法，招针放在光滑的碗后上；丝悬法，以蚕丝系针腰，悬吊指针。寇宗奭具体指出了水浮法是把针贯穿在数根灯草上而浮托于水面。十二世纪时，宋代陈元靓在事林广记神仙幻术一书中记载有两种指南针：指南鱼和指南龟。前者把磁针放入色形木片内，浮在水面上指示南北。后者招针放入龟形木片内，以竹针作支轴转动而指示南方。丝悬法和指南龟是旱罗盘的雏形，其余的类型发展成后来的水罗盘。 中国还是最早将指南针用于航海的国家。宋代朱懿公元 1119 年在萍洲可谈中写道：“舟师识地理，夜则观星，昼则现日，阴晦观指南针。”徐竞（公元 1093 1155 ）在宣和奉使高丽图经中也有类似记载。南宋吴自牧在梦梁录中谈到当时海船上由“火长”职位的人掌管罗盘。船在风雨阴天“推凭针盘而行”，“毫厘不敢误差，盖一舟人命所系也。”南宋后，罗盘在航海中普遍使用，针路即航线上不同地点的罗盘针位连结线，也在十三世纪末的典籍中有了记载。中国指南针约于 12 世纪末 13 世纪初由海路传入阿拉伯，又由阿拉伯传到欧洲。 罗盘传到欧洲，正值 13 世纪欧洲的工艺商业等各方面都取得了重大进步的好时候，当时还掀起了营造教堂和兴建大学的高潮。不少学者还崇尚古希腊的科学著作，纷纷把古代科学著作翻译出来，而且相应地还兴起了一股短暂的实验风气。当时牛津大学的著名学者罗吉尔培根认为：“过去那种靠有名无实的权威和传统的习惯来发表自已意见的人，算不得真正的学者，他们只能取空洞争辩来掩盖自己的愚昧无知”，真正助学者“应当靠实验来弄懂自然科学、医学、炼金术和天上地下的一切事物”，在培根这种崇高实验的思想影响下，他的朋友皮埃尔德马里古特作了不少关于磁现象的实验，约在公元 1269 年，马里古特还写了一本小册子，记述了他自己在磁力实验中的发现。 马里古特的一个有意义的代表性实验是：他把磁石磨成一个球体，然后把铁磁性小针放在磁石球的下面，小针有固定取向，将小针在磁石球面取向连接起来画成一个大圆。照此办法，可以在球面上得到许多大圆。马里古特发现这些大圆分别在球的两端形成两个汇聚点，所有的大圆象地球的经线一样分布。马