沈括髮現「地磁偏角」

發表:2009-03-22 21:59
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 地磁南北極

北宋沈括(1031—1095)不僅記錄了各種指南針的使用方法,而且親自進行試驗,以比較它們的優劣。在利用懸縷法進行測試時,沈括髮現磁針所指並非方位盤上的正南方向,其南端「常微偏東」,從而首次發現並記錄了地磁偏角現象。

我們知道,磁性物質都有兩極:磁南極和磁北極。兩個磁性物質相遇時,同性相斥,異性相吸。地球內部有一個由地核形成的巨大磁場,其磁軸北極位於地理上的北極點附近,磁軸南極位於地理上的南極點附近。磁針處於靜止狀態時,磁南極指向地磁北極方向,磁北極指向地磁南極方向。地球地理上的南北極點是固定不變的,但不與地磁北極和地磁南極位置重合。因此,指南針指示方向就與地理上的正南正北方向有一定的偏差,這一偏差角度稱為磁偏角。此外,地磁北極和地磁南極的位置還會隨時間的流逝而不斷變化。不過,這些顯著變化都需要漫長時間,某一有限時間段內,地磁極的方位仍可看作是基本不變的。中國古人正是因為最早發現了磁偏角現象,能夠在確定方向時予以校正,從而保持正確的航向,避免浪費時間及發生觸礁。

磁針南極永遠與地磁北極方向平行,但由於地表為球形,在北半球,以地表水平面為參照系,磁針總是指向地表水平面的斜上方。磁針與地表水平面之間的夾角稱為磁傾角。北宋曾公亮(999—1078)在《武經總要》中介紹了一種指南魚的製作方法。先將魚形鐵片燒紅,這時鐵片內部的磁疇分布雜亂無規律。然後將其放入水中冷卻,令鐵魚頭尾指向南北方向。此時,在地磁場作用下,鐵片內部的磁疇會沿地磁場方向定向排列。隨著鐵魚冷卻,這種定向排列方式被固化下來,鐵魚因此具有了磁性。值得注意的是,書中提到,入水冷卻時要將指北的魚尾稍微向下傾斜,這表明至少在北宋時期,中國古人就已經發現了磁傾角現象,並在實際製作指南魚時適當予以校正。金屬指南魚的製造是世界上最早利用地磁場進行人工磁化的實例。

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