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铁磁学外传—(1)俺的故乡在东方 精选

已有 6936 次阅读 2010-4-28 10:02 |个人分类:铁磁学外传|系统分类:科研笔记| 铁磁学

    

    磁是什么东东?英文里叫magnetic,翻译过来就是神奇的,有吸引力的。你以为磁学离你很遥远?非也,小到手机电话电脑电视机,大到汽车磁悬浮,就连咱脚下这个星球都是带磁的,磁性材料已和我们的生活息息相关。

    磁学是一门古老的学科,其最初的发展要追溯到5000多年前,这就说来话长了。话说某些天然铁矿石采出时就呈现磁性,其主要成分为一种氧化铁Fe3O4,是亚铁磁)的矿石磁性最强,咱老祖先称它为“慈石”,意为慈爱的石头,就像慈爱的母亲一样可以吸引孩子,隐含了它能吸铁的特性。随着时间的发展,这名词逐渐转为磁石,后来更形象的称之为吸铁石”。(这个你肯定听说过,俺小时候最大的盼望就是有块大点的吸铁石,用得顺手,这是题外话!)

        谈到磁学的发展,自然不能不提及咱们古老的四大发明 之一指南针    2300年前,中国人将天然磁石磨成勺型放在光滑的平面上,在地磁的作用下,勺柄指南,曰司南。司南的具体形式仍有很大争议。     

                                             

                               

司南,图片引用于网络,无商业用途!)

 

    司南是利用天然磁石制造的,在矿石来源、磨制工艺和指向精度上都受到较多限制,因此到了北宋时代,由于军事和航海等需要,以及材料与工艺技术的发展,先后利用人造的磁铁片和磁铁针及人工磁化方法制成了在性能和使用上比司南更先进的指南鱼指南针,前者应用于军事,而后者应用于航海。

 

指南鱼,图片引用于网络,无商业用途!)

 

    指南鱼的制法最早出现在北宋的《武经总要》(公元1044)一书中。将铁片剪成首尾两端尖锐的鱼形,放在炭火中烧红后取出,估计约700-800,而铁失去磁性的居里点为770。将高温的指南鱼铁片放入水中,这种淬火处理,可使铁片产生从奥氏体到马氏体的相变,发生磁硬化(保留其强磁性)效应。将这样制成的指南鱼放在水碗中便可指示南北方向。可以看出,这种长期经验积累的制造方法是符合科学原理的:首先利用水中淬火产生相变和()磁场热处理可以提高指南鱼铁片的磁性和矫顽力,其次利用首尾两端尖锐的长条形铁片可以提高指向精度和减小退磁因子,再次是利用铁片向北倾斜放入水中淬火能更接近地磁场倾角即接近总地磁场方向,可以提高磁场热处理的效果。

                                                  

 
 

沈括,图片引用于网络,无商业用途!)

 

    在指南鱼发明后不久,又发明了一种意义更重大、制法更简单、使用更方便而用途更广泛的指南针。最早是北宋的沈括在其著作《梦溪笔谈》(公元1086)中记述的,利用天然磁石磨铁针,受磨的铁针就能指向南方。沈括这个人在自然科学方面相当牛气,其见解和成果涉及力学、光学、磁学、声学等各个领域,特别是他对磁学的研究成就卓著。不过此人人品不佳,著名的乌台诗案就和他有关。当然,这和今天的主题无关,咱书归正传。沈括在《梦溪笔谈》中第一次明确地谈到磁针的偏角问题,看清楚了,是第一次,比西欧的记录早了400年。地理南北极与地磁场NS极并不重合,所以水平放置的小磁针指向跟地理的正南北方向之间有一个很小的偏角,称为磁偏角。

                                           

指南针,图片引用于网络,无商业用途!)

 

    1405-1432年,郑和老前辈正是凭着指南针开始了七下西洋的伟大壮举。稍后,在1488-1521年,哥伦布老先生也不甘示弱,凭借由咱中国传来的指南针进行了闻名全球的航海发现。

    指南针从此受到世界人民的高度重视。马克思同学把中国发明的罗盘(指南针)、火药和印刷术称作资产阶级发展的必要的先决的条件。而培根先生则认为中国这三大发明改变了(当时)世界的面貌。当然,若干年后,鬼子拿着洋枪洋炮加上指南针向咱大清王朝发动攻击时,咱是该为当初的发现后悔莫及呢,还是洗心革面虚心接受落后就要挨打的古训而奋起直追呢?

    中国是最早发现和最早应用自然磁和物质磁性的国家,对磁学发展有着重要的贡献,自然可以当之无愧的称为磁的故乡。可叹的是磁学虽然在东方发芽,却是在西方开花结果。诉不完的幽怨曲,洒不尽的英雄泪,以后几百年磁学的蓬勃发展,基本上和东方无缘了,请继续关注铁磁学外传2)说不尽的发展史。

 

参考文献

[1] 中国科普博览 http://www.kepu.net.cn/gb/basic/magnetism/index.html    

[2] 百度百科



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