第五节电和磁

静电、静磁及物体的导电性

张邦基在《墨庄漫录》中记述了孔雀毛的静电感应现象：“孔雀毛箸龙脑则相缀。禁中以翠尾作帚，每幸诸阁，掷龙脑以辟秽。过则以翠尾扫之，皆聚，无有遗者。亦若磁石引针、琥珀拾芥，物类相感也。”①可见静电感应现象已在当时宫廷中得到应用。

这时期人们还认识到磁石的吸铁性（即磁力）可以不被其他物质（除铁磁物质外）所阻碍隔断。张君房在《云笈七籤》中指出：“磁石吸铁，间隔潜应。”类似的记述甚多。

雷电是人们自古就进行观察的自然现象。此时人们已注意到不同性质的物体遭雷击后的情况不同。沈括《梦溪笔谈》记载：“内侍李舜举家曾为暴雷所震，其堂之西室，雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银■者，银悉熔流于地，漆器曾不焦灼。有一宝刀极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。”②庄绰的《鸡肋编》卷下也有类似的记载。

磁偏角和磁倾角的最早记述

地球近似为球形，且地球的南北磁极与地理上的南北两极并不重合。在地球表面任何一点，地磁子午线与地理子午线之间的夹角称为磁偏角；磁针指向与水平面之间的夹角称为磁倾角。北宋初年，曾公亮在《武经总要》中记述了制造指南鱼的方法：“以薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其

③《梦溪笔谈》卷19“器用”。①《墨庄漫录》卷1。②《梦溪笔谈》卷20“神奇”。

首常南向午也。”①这里加热是使铁磁物质中的磁畴增加动能，在地磁场作用下由混乱变为规则排列，然后经过急剧冷却而固定下来。以鱼尾正对北极且略向下倾斜，为的是最大程度地利用地磁感应，使之磁化。这段话隐含了关于磁偏角与磁倾角的知识。沈括也指出：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”②这是对磁偏角的首次明确记述。稍后，在寇宗奭《本草衍义》、曾三异《因话录》中，都有关于磁偏角的记述。

人工磁化制造磁体

上引曾公亮所述制指南鱼的方法即是利用地磁感应磁化的方法。沈括所述的是利用摩擦感应磁化的方法，即利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部的磁畴按磁石极性的方向规则排列，从而使整根针显现出磁性。沈括还说到：“以磁石磨针锋，则锐处常指南，亦有指北者，恐石性亦不同，……南北相反，理应有异，未深考耳。”③当时对磁体性质的了解还是很有限的。

指南针及其应用

曾公亮所说的指南鱼，在行军需要时，可把它浮在水面上指示方向。但是这种磁化方法所获得的磁性很弱，难以实用。沈括指出：“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。”①沈括介绍的磨制磁针的方法简便易行，且有实用价值。他还介绍了安置磁针的四种方法：“水浮”、置“指爪及碗唇上”和“缕悬”。当时，水浮法应用较多，曾公亮的指南鱼亦用此法，但沈括指出了这种方法的缺点是“水浮多荡摇”。对于放在指甲上或碗口边沿上的方法，虽然转动灵活，但“坚滑易坠”。比较之下，沈括认为，在磁针中部涂一点点蜡，粘上一根蚕丝，挂在无风的地方，即“缕悬”，这是最好的方法。

沈括所述的水浮及缕悬法，在稍后寇宗奭的《本草衍义》中亦有记述：“以针横贯灯心，浮水上，亦指南”；“取新纩中独缕，以半芥子许蜡缀于针腰，无风处垂之，则针常指南。”②

南宋，陈元靓记载了当时流行的指南鱼和指南龟：“以木刻鱼子，如母指大，开腹一窍，陷好磁石一块子，郤以臈填满，用针一半佥从鱼子口中钩入，令没放水中，自然指南，以手拨转，又复如出。”“以木刻龟子一个，一如前法制造，但于尾边敲针入去，用小板子上安以竹钉子，如箸尾大，龟腹下微陷一穴，安钉子上拨转常指北，须是钉尾后。”①但这些当时多用于幻术。

①《武经总要》前集卷15“乡导”。②《梦溪笔谈》卷24“杂志一”。③《梦溪笔谈·补笔谈》。①《梦溪笔谈》卷24“杂志一”。②《本草衍义》卷5“磁石”。①《事林广记》卷10（此书有多种版本，文字也多有不同）。

初期的指南针很可能并没有配以固定的方位盘装置。但是不久之后就发展为磁针和方位盘联成一体的罗经盘或罗盘。南宋曾三异在《因话录》“子午针”条中说，“地螺或有子午正针，或用子午丙壬间缝针”，这里的“地螺”即堪舆用的罗经盘。当时的罗盘，一种是水罗盘，即磁针横贯灯芯浮在水面上。北宋徐兢《宣和奉使高丽图经》记道：“是夜，洋中不可住，惟视星斗前迈。若晦冥，则用指南浮针，以揆南北。”②南宋朱继芳航海诗中也有“沉石寻孤屿，浮针辨四维”的诗句。可见宋代已应用水罗盘于航海。另一种是旱罗盘，上面所提到的在陈元靓《事林广记》中描述的指南龟，可以说是我国古代旱罗盘的始祖。

指南针发明之后，很快就被应用于航海。这方面的记载甚多，如北宋朱彧的《萍洲可谈》记载：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”③南宋，赵汝适的《诸蕃志》也说：“舟舶来往，惟以指南针为则，昼夜守视惟谨，毫厘之差，生死系矣！”④吴自牧的《梦粱录》也称：“风雨冥晦时，惟凭针盘而行，乃火长掌之，毫厘不敢差误，盖一舟人命所系也。”⑤由此可见指南针在当时航海中的重要性。

②《宣和奉使高丽图经》卷34“海道一·半洋焦”。③《萍洲可谈》卷2。④《诸蕃志》卷下“志物·海南”。⑤《梦粱录》卷12“江海船舰”。

第四节光学第九十一章化学