我國很早就發現了天然磁石能夠指示南北的特性,進而掌握了人工磁化技術。這在磁學和地磁學的發展史上是壹件大事,也對指南針的應用和發展起了巨大的作用。
人工磁化方法,是我國古代勞動人民通過長期的生產實踐和反復多次的試驗而發明的,這在磁學和地磁學的發展史上是壹個飛躍。
漢武帝好神仙,所以漢武帝壹朝湧現出了許多有名的術士。當時有個方士欒大,這個人喜歡說大話,誇海口時連眼睛都不眨。
有壹天,欒大對漢武帝說:“我曾經出海神遊,和仙人相見。這些仙人身藏仙藥,人吃了可以長生不老。”
漢武帝對欒大的話將信將疑。欒大自告奮勇先表演壹個小方術,讓漢武帝驗明正身,開開眼界。
欒大表演的是鬥棋。他事先用雞血、鐵屑和磁石摻在壹起,搗好後塗在棋子上面。表演的時候,他把棋子擺放在棋盤上,故意念念有詞,棋子由於磁力吸引,互相撞擊不停。
不知就裏的漢武帝和在場的人看得眼花繚亂,以為有神力驅使,禁不住連聲喝彩。遂拜欒大為“五利將軍”,並讓欒大趕緊去東海向神仙求長生不老藥。
焦灼的漢武帝詢問欒大何時入海。
欒大不敢冒著生命危險入海,就到泰山做法事去了。
欒大欺騙漢武帝的本領確有獨到之處,他能讓棋子在磁棒牽引下互相撞擊,但同時也說明他對磁鐵很有認識的。
其實,欒大鬥棋所用的方法,是古書中記載的人工磁化法之壹,即“磁粉膠合法”。
古人對於磁鐵的認識和利用由來已久,而且掌握了壹定的人工磁化法。我國古籍中有關人工磁化法的記載,基本上有3種:磁粉膠合法、地磁感應法和摩擦傳磁法。
磁粉膠合法始於漢代。西漢《淮南萬畢術》說“慈石提棋”,其做法是用起潤滑作用的雞血磨針,將磨針時所得的雞血與鐵粉混合物中拌入磁石粉末,塗在棋子表面。晾幹後擺在棋盤上,會出現棋子相互吸引或相互排斥現象。
很明顯,這種棋子已成為人造磁體。
從理論上看,每顆磁石粉末均具有極性,摻入鐵屑能大大增強磁疇。將磁粉與鐵粉粘在棋子上,放在地磁場中慢慢晾幹,在晾幹過程中,每個磁石與鐵的小顆粒必循著地球磁感應線作有規則的排列,棋子會顯極性,它能與磁石相吸或相斥。
南宋時期莊綽在《雞肋篇》就曾寫道:“搗磁石錯鐵末,以膠塗瓢中各半邊”,“以二瓢為試,置之相去壹二尺,而跳躍相就,上下宛轉不止。”
明代方以智也記載過類似的事。結合起來看,古代也許確實使用磁粉膠合法制成的人造磁體。
地磁感應法最典型的應用就是北宋《武經總要》所記述的制指南魚法。這個關於地磁感應法,是世界上人工磁化方法的最早實踐。
這壹方法的原理是:首先把鐵葉魚燒紅,讓鐵魚內部的分子動能增加,從而使分子磁疇從原先的固定狀態變為運動狀態。
其次,鐵魚入水冷卻時必須取南北方向,這時鐵魚就被磁化了。現在分析起來是很有道理的。因為這樣使魚更加接近地磁場方向,最大限度地利用地磁感應。可見在這裏已經意識到地磁傾角的存在。
再次,“蘸水盆中,沒尾數分則止”,使它迅速冷卻,把分子磁疇的規則排列固定下來,同時也是淬火過程。
最後,指南魚不用時要放在壹個鐵制的密閉盒中,以形成閉合磁路,避免失磁,或者順著壹定方向放在天然磁石旁邊,繼續磁化。
這種磁化法完全是憑經驗得來的,但是它是磁學和地磁學發展的重要壹環,比歐洲用同樣磁化方法早了400多年。
利用地磁場進行人工磁化所得到的磁性還是比較低的,這就限制了這種人工磁體的實用價值。後來,人們又發明了摩擦傳磁法。這種人造磁體的方法最早見於北宋沈括所著的《夢溪筆談》。
沈括《夢溪筆談》說道:“方家以磁石磨針鋒,則能指南。”意思是說,專門研究物理的人用磁石摩擦針鋒,能夠使鐵針帶上磁性。這種方法,簡便易行,它的發現與推廣,對於磁體的獲得與應用,首先是指南針的生產、應用,起到重大的作用,其價值是無可估量的。
在現代電磁鐵出現以前,幾乎所有的指南針都是用這種方法制成的。就是在今天這種方法仍然有人使用。
在西方,直至1200年古約特才記載了利用天然磁石摩擦鐵針制作的指南針的方法,比北宋時期沈括的記載晚了壹個多世紀。
由於對磁體性質認識的深化和人造磁體的發明,使得磁體的應用成為可能。古代對於磁體的用途是相當廣泛的,除了上述磁指南器外,磁體也被用到軍事上去。
晉武帝時,鮮卑首領禿發樹機能攻陷涼州。晉武帝命名將馬隆為討虜護軍。馬隆受命後,於道路兩旁堆積磁石,吸阻身著鐵鎧的禿發樹機能部眾,使其難以行進。而晉軍均被犀甲,進退自如。馬隆軍轉戰千余裏,殺禿發樹機能,涼州遂告平定。馬隆以磁石吸阻披甲敵軍是否屬實,當然還要研究,但至少可以當作設計思想來看。
在生產上,磁體被用於制陶、制藥等工藝中,以吸去摻在原料中的鐵屑,保證產品的純凈潔白。
我國是世界上采用磁療治病最早的國家。公元前180年,漢代史學家司馬遷在《史記?扁鵲倉公列傳》中記載:“齊王侍醫遂病,自煉五石服之,口中熱不溲者,不可服五石。”其中的“五石”是指磁石、雄黃、曾青、丹砂和白磯。
以上史實說明,我國古代在認識和應用磁石方面,相當長的壹段時間裏,是走在世界前列的。