做条鱼儿指南北
与摩擦起电现象一样,人们对磁现象认识也是很早就有了。
传说“磁”一词起源于希腊山区的名字马格尼特。牧羊人在羊鞭上套一个小铁皮,在牧羊人把羊群赶到这个山区时,发现羊鞭被山上灰褐色的石头粘住了。当时把这种石头叫做“马格尼特”,即“磁石”。
“磁”就是物体具有的能够吸铁、钴、镍等物质的性质。具有磁性的物体叫做磁体。
在我国,关于磁现象的记载也很早。公元前4世纪左右成书的《管子》中有“上有慈石者,其下有铜金”的记载,这是关于磁的最早记载。上面所说“慈石”也就是今天所说的“磁体”。我国古代把磁体叫做慈石,是因为这些石头能吸引铁,像慈母恋子一样。
传说秦始皇统一六国后,修建了阿房宫。阿房宫的一个“北阙门”就是用磁石制造的。如果刺客经过,由于刺客身上的带有铁制的兵器会被磁石吸引,从而被卫兵发现。
《晋书·马隆传》中也记载了利用磁性的一个真实故事。
西晋咸宁五年(279年),甘肃一带的羌人反抗朝廷,一时间人心惶惶。马隆主动请令,选募3500名勇士去平定叛乱。马隆身经百战,足智多谋,他认为敌众我寡,硬拼下去我方必败,只能靠智取胜。
经过多方侦察和询问百姓,马隆得知附近有吸铁的矿石,于是马隆一边防守营地,一边派士兵把这些矿石搬运到一个险要的道口,堆放在峡谷入口两旁。
一切准备就绪,马隆命令全体将士脱掉钢盔铁甲,换上兽皮制成的犀甲,然后出营迎敌。慢慢将羌兵诱至峡谷口,结果身穿铁甲的羌兵被两边的磁矿石吸得东倒西歪,挣脱不开。而晋兵却行动自如,趁势杀回。羌兵以为马隆有天神相助,胆战心寒,不战而退。马隆乘胜追击,赢得了胜利。
或许受到这一故事启发,金庸在他的第一部武侠小说《书剑恩仇录》第十六回中描写了一段主人公陈家洛和霍青桐、香香公主为避难而进入一座磁山的故事:
“三人走进大殿,陈家洛突觉一股极大力量拉动他手中短剑,当的一声,短剑竟尔脱手,插入地下。同时霍青桐身上所佩长剑也挣断佩带,落在殿上。三人吓了一大跳。霍青桐俯身拾剑,一弯腰间,忽然衣囊中数十颗铁莲子嗤嗤嗤飞出,铮铮连声,打在地下。……霍青桐惊讶稍减,又上前拾剑,哪知这剑竟如钉在地上一般,费了好大的劲才拾了起来,一个没抓紧,又是当的一声被地下吸了回去。陈家洛心念一动,叫道:“地底是磁山。”霍青桐道:“甚么磁山?”陈家洛道:“到过远洋航海的人说,极北之处有一座大磁山,能将普天下悬空之铁都吸得指向南方。他们飘洋过海,全靠罗盘指南针指示方向。铁针所以能够指南,就由于磁山之力。”霍青桐道:“这地底也有座磁山,因此把咱们兵刃暗器都吸落了?”陈家洛道:“多半如此,再试一试吧。”他拾起短剑,和一段椅脚都平放于左掌,用右手按住了,右手一松,短剑立即射向地下,斜插入石,木头的椅脚却丝毫不动。”
关于磁山的传说由来以久。古罗马的博物学家普林尼传下了当时曾经流行的一个关于磁铁山的故事,说在印度海边某处有这么一座山,它有一种非常的力量,能够吸引任何铁制的东西。所以如果有水手胆敢把他们的船驶近这座山,那他一定会倒霉的。山会把船上所有的铁钉、铁螺钉等都拔去,使船分解成一块块的木板。这个传说后来又编入了《一千零一夜》里。
当然,这不过是传说。现在我们知道,磁铁山或含有丰富的磁铁矿的山的确是有的。但是,这种山的吸引力非常小,几乎等于零。像普林尼所写的那种山,在地球上从来没有过。
要说到对磁的利用,最熟悉恐怕还是利用它来指示南北方向。
当我们把一个条形磁体中间系住,悬挂起来,静止以后条形磁体总是一端指南,一端指北。我们把指南的一端叫做磁体的南极,指北的一端叫做磁体的北极。
条形磁体这种能指示南北方向的性质叫做指向性。
我国古代的指南针就是利用磁体的这一性质制成的。
最早指南针叫做司南,据说是将天然磁石加工成勺状,然后放在光滑的铜盘上。旋动磁勺,静止后勺柄指向南方。
但是天然磁石的磁性较弱,并且经过磨制后磁性也会进一步减弱,所以司南是否能真得指南也未可知。
大约到了北宋时期,更为实用指南针、指南鱼、指南龟纷纷出现。
北宋曾公亮的《武经总要》中记载了它的制造方法:
把薄铁片剪成约6 厘米长的中间凹下去(为了让它能漂在水面上)的鱼形,在火中烧红,过一会儿用铁钳取出,鱼头对着正南,鱼尾对着正北并把部分鱼尾浸入水中进行快速冷却,这样即可使“鱼”获得磁性。
指南鱼使用的方法也很简便:
将一碗水放在无风处,将铁片放在水里,指南鱼浮在水上,鱼头会自动地指向南方。
为什么没有磁性的铁片能获得磁性呢?
从物理角度来看,是因为铁片被磁化了。原来在磁性物质的每一个分子都相当于一根“小磁针”。没有磁性时,这些“小磁针”排列紊乱,毫无次序,各个“小磁针”的磁性也就相互抵消了;如果这些“小磁针”指向一致,同名的磁极朝着一个方向,那么整个物体就具有了磁性。