司南是怎样发明及运用的？
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发布时间：2022-04-21 17:36
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时间：2023-05-18 02:47
我国指南针的发明经过漫长的岁月。古人在发明了司南之后，不断在进行改进，运用人工磁化的方法制成了一种新的指南工具指南鱼、指南龟。
古人在使用新指南工具的同时，还发现了地磁偏角现象，给后人以极大启发。
据说秦始皇在位时，身边网罗了一批术士来为他寻求长生不老之药。
有一天，一位叫徐福的术士奏本说：“在东方的大海上有3座神山，名叫蓬莱、方丈、瀛洲，仙人们都在那里居住。请皇帝让我率领一批男女儿童前往寻求。”
秦始皇很高兴，马上选派了几千名儿童，又为他造了艘大船，让他从现在的山东日照县附近出海，寻求不老之药。谁知徐福一去不返，不知道他把这些男女少年带到了何方。
几千年过去了，秦始皇早已成为历史的陈迹。但徐福渡海求药的故事并没有被人们忘记。如果情形真是如此的话，那么徐福可以算得上我国航海家中的先驱人物。
事实上，古代先民们面对茫茫海洋，虽然有探险探秘的愿望，但总是无法如愿。
出海困难并非是由于造船技术*了古人们的越洋交流，更主要的原因是由于当时在海上无法辨别方向，方向不明。纵然有可以横渡大洋的船只，也会在海上迷路，最终葬身海底。
因此，指南针的发明可以说是给海船装上了眼睛，为航海业的发展提供了最基本的技术条件。
指南针是我国最早发明的，但它是经过漫长的岁月逐渐发展改进而成的。
司南发明后，古人能够在远行中辨别方向。但司南有其局限性，用磁石制造司南，磁极不容易找准，而且在琢制的过程中，磁石因受震动而会失去部分磁性。
再加上司南在使用时底盘必须放平，体积比较大，所以在使用时，很难令人满意。因此，古人在发明了司南之后，不断在进行改进。
继司南之后，我们的祖先又制成了一种新的指南工具，即指南鱼。
北宋时期，农业、手工业和商业都有了新的发展。在这个基础上，我国的科学技术获得了辉煌的成就。宋代时候，我国在指南针的制造方面，跟造纸法和印刷术一样，也有很大的发展。
当时有一部官编的军事著作叫《武经总要》，其中记载：行军的时候，如果遇到阴天黑夜，无法辨明方向，就应当让老马在前面带路，或者用指南车和指南鱼辨别方向。
《武经总要》这部书是在1044年以前写成的。这就是说，在那个时候，我国已经有指南鱼，并且把它应用到军事方面去了。
指南鱼是用一块薄薄的钢片做成的，形状很像一条鱼。它有两寸长，5寸宽，鱼的肚皮部分凹下去一些，可以像小船一样浮在水面上。
钢片做成的鱼没有磁性，所以没有指南的作用。如果要它指南，还必须再用人工传磁的办法，使它变成磁铁具有磁性。
关于怎样进行人工传磁，《武经总要》记载：把烧红的铁片放置在子午线的方向上。铁片烧红后，温度高于磁性转变点时的温度，铁片中的原来无序状态的磁畴便瓦解而成为顺磁体，蘸水淬火后，磁畴又形成，但在地磁场作用下磁畴排列有方向性，故能指南北。
我国人发明用人造磁铁做指南鱼，这是一个很大的进步。这说明我国古人很早就已具有相当丰富的磁铁知识了。
就在钢片指南鱼发明后不久，又有人发明了用钢针来指南。这种人工磁化的小钢针，可算是世界上最早制成的真正的指南针了。
北宋时期科学家沈括在《梦溪笔谈》中提到一种人工磁化的方法：技术人员用磁石摩擦缝衣针，就能使针带上磁性。
从现在的观点来看，这是一种利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向，从而使钢针显示出磁性的方法。
这种方法比地磁法简单，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的发明不但世界最早，而且为有实用价值的磁指向器的出现，创造了条件。
关于磁针的装置方法，沈括介绍了4种方法：
一是水浮法，就是将磁针上穿几根灯心草浮在水面，就可以指示方向。
二是碗唇旋定法，就是将磁针搁在碗口边缘，磁针可以旋转指示方向。
三是指甲旋定法，就把磁针搁在手指甲上面由于指甲面光滑，磁针可以旋转自如指示方向。
四是缕悬法，就是磁针中部涂一些蜡，粘一根蚕丝，挂在没有风的地方，就可以指示方向了。
沈括还对4种方法进行比较，他指出，水浮法的最大缺点，水面容易晃动影响测量结果。碗唇旋定法和指甲旋定法，由于摩擦力小，转动很灵活，但容易掉落。
沈括比较推崇的是缕悬法，他认为这是比较理想而又切实可行的方法。沈括指出的4种方法，已经归纳了迄今为止指南针装置的两大体系，即水针和旱针。
另外，由于长江黄河流域一带地磁有大约50度左右的倾角，如水平放置指南鱼，则只有水平方向分量起作用，而以一定角度放入水中，则使鱼磁化的有效磁场强度增大，磁化效果更好。
长江黄河流域一带的地磁倾角，这一现象后来被称为磁偏角。沈括在《梦溪笔谈》第二十四卷中写道，磁针能指南，“然常微偏东，不全南也”。
这是世界上现存最早的磁偏角记录。在西方，直至1492年哥伦布在横渡大西洋时才发现磁偏角这一现象，比沈括晚了400多年。
磁偏角是指磁针静止时，所指的北方与真正北方的夹角。各个地方的磁偏角不同，而且，由于磁极也处在运动之中，某一地点磁偏角会随之而改变。
在正常情况下，我国磁偏角最大可达6度，一般情况为两三度。东经25度地区，磁偏角在一两度之间；北纬25度以上地区，磁偏角大于2度；若在西经低纬度地区，磁偏角是5度至20度；西经45度以上，磁偏角为25度至50度。毫无疑问，沈括对磁偏角的发现与认识启发了后人。
南宋学者陈元靓在《事林广记》中介绍了另一类指南鱼和指南龟的制作方法。
这种指南鱼与《武经总要》一*载的不一样，是用木头刻成鱼形，有手指那么大。木鱼腹中置入一块天然磁铁，磁铁的S极指向鱼头，用蜡封好后，从鱼口插入一根针，就成为指南鱼。将其浮于水面，鱼头指南，这也是水针的一类。
指南龟也是南宋时期流行的一种新装置，将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下方挖一光滑的小孔，对准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上，这样木龟就被放置在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小，木龟可以自由转动指南。
这种木头指南鱼和指南龟，很可能是一些懂得方术的方士创造的，做成以后只是用来变戏法。所以《事林广记》的作者，把它们当做《神仙幻术》了。
当时它并没有用于航海指向，而用于幻术。但是这就是后来出现的旱罗盘的先驱。
人工磁化方法的发明，对指南针的应用和发展起了巨大的作用，在磁学和地磁学的发展史上也是一件大事。
