沈括磁偏角 沈括是如何发现地磁偏角的?
沈括在《梦溪笔谈》卷二十四《杂志一》[3]中写道“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。
其中有磨而指北者。予家指南,北者皆有之。磁石之指南,犹柏之指西,莫可原其理。”按沈括的说法,当时的技术人员用磁石去摩擦缝衣针,就能使针带上磁性。从现在的观点来看,这是一种人工磁化的方法,利用天然磁石的磁场作用,使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向,从而使钢针显示出磁性的方法。
这种方法比地磁法简单,而且磁化效果比地磁法好,摩擦法的发明不但世界最早,而且为有实用价值的磁指向器的出现,创造了条件。
其后沈括又在《梦溪笔谈·补笔谈》卷三《药仪》[4]中补充道:“以磁石磨针锋,则锐处常指南,亦有指北者,恐石性亦不同,如夏至鹿角解,冬至麋角解,南北相反,理应有异,未深考耳。
”从现在的观点来看,这是一种利用天然磁石的磁场作用,使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向,从而使钢针显示出磁性的方法。这是说,用磁石去摩擦缝衣针后,针锋有时指南,也有时指北。从现在的观点来看,磁石都有N和S两个极,磁化时缝衣针针锋的方位不同,则磁化后的指向也就不同。但沈括并不知道这个道理,他真实的记录了这个现象并坦白承认自己没有做深入思考。
简单的说,沈括总结和记载了四种指南针的装置方法。第一种是水浮法,将磁针上穿几根灯心草浮于水面进行指南,这是水罗盘的肇始,后来广泛用于早期航海,虽然比较平稳,但容易动荡不定;第二种是指甲旋定法,将磁针置于指甲上,指甲表面光滑,磁针转动灵活,但容易滑落;第三种是碗唇旋定法,将磁针置于碗口边上,转动较灵活,也容易滑落;第四种是缕旋法,用蚕丝将磁针悬挂起来,可达到转动灵活而又稳定。
这四种方法中,安装指南针的缕悬法,被沈括论断为最佳的方法,同时被后世证明是比较具有科学意义的方法,法国科学家库伦(http://C.A.de Coulomb,1736——1806),1777年在参加法国科学院悬赏征集船用罗盘的最佳方案时,以他的《关于制造磁针的最优方法的研究》一文,提出以丝悬指南针的方法,从而获得了头等奖。而这个方法早在他600年前沈括就进行了记载。
