古代电磁学知识

中国是最早用文字记录电磁现象的国家之一。早在公元前16-15世纪，殷商时期的甲骨文中就有“雷”这个词。发现西周的青铜器上刻有“电”字。西汉末年，《春秋魏考夷游》中有“玳瑁吸收”的记载。它告诉人们，玳瑁经过摩擦后可以吸引微小的物体。东汉王充提出敦木摩擦后能吸引微小物体，磁铁同时吸引针的现象，表明当时对这两种吸引现象的重视程度是一致的。《三国志·吴》中有一句话:“琥珀不吃烂芥，磁石不受弯针。”也就是说，腐烂的芥菜草不会被摩擦过的琥珀吸引，柔软易弯的金属也不会被磁铁吸引。这一发现表明，在那个时候，最初有可能区分哪些物质可以被吸引，哪些物质不能。晋代的张华曾在用梳子梳头和脱丝羊毛衣服时发现起电现象。明代的杜琼，在《三支多余的笔》中，曾经描述过一个搓丝起电的现象，“五令火”。吴玲是一个衬裙。她拖进黑暗的房间，搓了很长时间的手。火花直射而出。”泰勒斯，被称为古希腊七贤之一，在公元前600年左右发现摩擦琥珀可以吸引小干草叶。琥珀是一种矿物黄色树胶，在古代用于装饰。琥珀像金子一样明亮，所以当时被称为“琥珀金”，后来被称为“琥珀电”。古罗马自然哲学家普林尼(公元23-79年)曾讲过两个传说:一个是当牧羊人马格努斯在克里特岛的伊达山上时，他的鞋子被岩石吸住，行走变得困难；另一个是有一个沿海的磁山，它可以撕裂为它航行的船只，因为钉在船上的钉子是在磁山的吸引下拔出来的。这些传说证明磁性现象在古代西方国家也很早就被发现了。据说磁铁矿这个词是由古罗马的自然哲学家和诗人卢克莱修从小亚细亚的地名氧化镁派生出来的，这里是磁铁矿的发源地。古人试图解释为什么会出现上述吸引力。《论衡·栾龙篇》是这样写的:“其他类型有相似之处，我们为什么不能取其所长呢？气的性质是不同的，不能触摸。”也就是说，为什么琥珀和磁铁不能吸引一些类似的东西？这是由于空气质量的差异，不能相互诱导。东晋郭璞在《山海经·赞图》中也有类似的解释，他写道:“磁铁吸铁，玳瑁吸芥末，空气有暗道，数字有组合。”西汉刘安(公元前200-122年)等人的《淮南子》中，对雷和电的解释是:“电激气”，“阴阳分雷，阳激电”也就是说，在那个时候，雷被认为是阴阳相互作用的产物，而电被认为是令人兴奋的气体。这一观点更接近数百年后的现代电学理论。卢克莱修在他的长诗《自然》中对磁铁吸引铁的现象解释如下:一个看不见的微粒从磁铁中发射出来，通过空气进入铁中，从而导致磁铁和铁相互吸引的现象。宋代的陈先伟在他的《古文注释》中这样解释磁铁对铁的吸收:“磁铁吸收铁，阴阳互感，妨碍相互联系的原则……”也就是说，磁铁对铁的吸收也是由阴阳相互感应引起的。因此，古代对电和磁的吸引力有两种解释:一种是由阴阳感应引起的；一种是由“气”或“颗粒”的作用引起的。在指南针发明之前，磁铁吸铁的现象在各种应用中都有记录。例如，在《水经注》等书中，提到秦始皇用磁铁建造阿房宫的北门，以防止带剑的刺客进入。此外，医学书籍也谈到了使用磁铁来吸收铁来治疗吞咽针。在发现了地磁场对磁铁的影响之后，使用磁铁进行指向，并经历了三个发展阶段，最后制成了指南针。最早的导向磁铁，叫做SiNa，是由磁铁制成的勺状物体。把它放在一个光滑的圆盘上，勺子的底部(球形)接触圆盘，勺子的手柄作为指向装置。东汉王充在《论衡》中对新浪作了较为详细的描述。他写道:“扔在地上的新浪瓢是它的向导。”也就是说，勺形磁铁被放在刻有方向的铜板上，它的把手停在导向装置的方向上。虽然司南只是使用天然磁铁，它的灵敏度很低，但它给人的启示是:有一种地磁存在，使用磁铁可以指向。在北宋时期，一种新的指向工具——南指鱼已经可以人工制造了。其制造工艺的一个重大突破是采用了磁化技术。制造过程可以分为两个步骤。第一步是将鱼形铁加热到700℃左右，并将其转变成顺磁性物体。第二步是将鱼的尾巴浸在水中的对齐位置(北)，以磁化鱼成为一个指向工具。指南针的制造和安装方法最早见于北宋沈括的《孟茜笔谈》第24卷第1期。关于指南针的制作，有一个记载:“方氏家族如果用磁铁把针前端磨出来，就可以引导它。然而，它通常稍微偏东，而不是完全偏南。”这说明沈括不仅发现了针状的导向仪器，而且还发现地磁场的南北两极与地球的南北方向不完全一致。此外，沈括还提出了四种简单制导工具的结构。第一种是漂浮法，即把指南针穿过几段灯心草，让它浮在水面上指示方向。这是在漫长的海上航行中使用的水浮磁针仪器。第二种是旋转法，即将指南针放在拇指的指甲上，通过适当的旋转来指示方向。第三种方法是碗唇法，即将磁针放在碗边上，磁针停止后指示方向。第四种方法是丝绸悬浮法，即用一滴芥末籽大小的蜡来粘合丝绸，用一根丝线悬挂磁针来指示方向。这种悬线方法是最接近各种现代指示仪器的方法。沈括本人对这四种方法都有评价。他认为前三种方法有明显的缺点，但丝绸悬浮法是最好的。沈括记录的几种方法都没有方位盘。磁针很快与方位盘结合起来，把指南针的发展带到了一个新的阶段。指南针的出现为导航提供了一种可靠而方便的指向工具。指南针最早出现在我国。南宋朱有一首航海诗:“沈氏寻孤岛，浮针辨四维”。后来，在我国的指南针被引入欧洲之后，西方制造了干旱指南针。指南针的磁针支撑在一个固定的针尖上，可以*旋转。图钉板是刻有方向的方向盘。16世纪，导航罗盘出现在欧洲。指南针的结构增加了一个由两个铜环组成的规则平面框架。小铜环就刻在大铜环上，它们通过弯曲的枢轴连接起来，然后放在一个固定的框架上。指南针的发明不仅为导航提供了非常精确的指向仪器，而且为研究地磁的三要素创造了条件。沈括在《孟茜笔谈》中记载，磁针的南北方向与地球的南北方向不完全一致，这意味着有一个磁偏角。然而，当时并没有对这个偏转角的大小进行定量研究。美洲大陆的发现者和意大利航海家哥伦布发现，1492年在海上航行时，指南针上的指针指向的不是北极星，而是西经5 ~ 6度。德国天体物理学家哈特曼(Hartmann)在1544年3月4日给朋友的一封信中首次对地球上的磁偏角进行了定量测量。他指出:“磁针的北端稍微向东偏移了大约9度，人们还发现磁针不是水平的，一端向下倾斜。”他在信中告诉他的朋友，磁针向下倾斜的原因不太清楚。磁倾角的大小是由指南针制造者、英国地质学家罗伯特·诺曼决定的。他在1581年出版的小册子《新奇的吸引力》中介绍了他的实验结果。他制作了一个简单的磁倾角仪，并于1576年在71° 50 '测量了伦敦的磁倾角。他还发现，悬挂在水面上、戴在软木塞上的磁针，虽然方向发生了偏转，但只是在原来的位置，并没有移动。因此，他得出结论，使磁针偏转的力不是移动力，而是定向力。我们现在谈论的时刻。另一种磁性元素，强度，后来由法国天文学家和数学家博达在1776年用磁针振动法测量。