中国有哪些磁现象和电现象的记录?
在中国古代,春秋末期的《管子》问世。土教,战国鬼谷子,战国末期吕春秋等。,都描述了天然磁铁及其吸铁现象,还描述了世界上最古老的指南针“司南”。秦始皇统一全国后,自觉成就可与三皇五帝相提并论。他嫌都城咸阳的宫殿太小,不足以向世人展示他的威严。公元前212年,他下令在渭河以南、皂河以西,王家塬上林苑所在地,修建了庞大的宫殿群落——阿房宫。
相传秦始皇修建阿房宫北门时,令能工巧匠“累磁铁”,故称“磁铁门”。磁铁门采用的是“磁铁召唤铁”的原理,类似于现代的安检门。
磁铁门的作用是:第一,防止刺客,磁铁的吸铁性能使隐藏的盔甲无法通过;二是为了向“外四朝”展示神功,使其闻风丧胆,不敢有异心,故又称“雀虎门”。
磁门的建造体现了秦国高超的科技水平。这在我国乃至世界历史上都是第一次,可以说是世界科技史上的一大创举。
其实早在2000多年前,中国古代的劳动人民就开始和磁性打交道了。在与磁铁的不断接触中,人们逐渐了解了它的一些特性,并利用这些特性为人类服务。
古人在寻找铁矿的过程中,必然会遇到磁铁矿,磁铁矿是一种磁铁。中国古籍中关于磁铁的最早记载是在《管子?《土教》中:“上有慈悲石者,下有铜金。"
古人把磁铁的吸铁特性比作母子之爱,认为“石也是铁之母。”因为有一颗善良的石头,它能领导它的儿子;石不慈,不可引。”因此,汉初把“磁石”写成了“辞石”。对于磁铁吸铁的问题,宋代道士陈伟和道家学者颜瑜都有过论述。
经过讨论,认为磁铁吸引铁是因为磁铁自身的内在原因,这是由铁与磁铁的内在“气”关系和“神气相和”决定的
明末地理学家刘宪庭在他的《杨光杂记》中也认为,磁铁吸引铁是因为它们具有“互相阻隔”的特性。刘宪庭还把铁的磁屏蔽效应理解为“自然的原理”。
这种试图用自然本身来解释自然现象的观点是唯物主义的。考虑到当时的科学水平,这是唯一的解释。
在中国古代,磁铁的吸铁作用也应用于生产。清代乾隆年间学者朱妍所著《阿说》一书记载,古代烧白瓷时,用磁石过滤釉水中的铁屑。因为素瓷如果沾上铁屑,烧制后会有黑点。
磁铁也用于医疗。明代医学家李时珍所著的《本草纲目》中记载,宋朝的人用磁铁吸铁来进行某些外科手术,比如吸一些细小的铁异物到眼睛或嘴里。这在现代已发展成为一种特殊的磁疗法,对关节炎等疾病显示出良好的疗效。
中国关于地球磁场可以磁化铁质物体的记载也见于一些著作。比如伊藤在方以智《物理笔记》第八卷注中引用的“铁棒长而匀,亦导之。”
赤纬、倾角和地磁场的水平分量称为“地磁三要素”。欧洲人在1492年哥伦布航海探险时发现了磁偏角,磁偏角是后来才发现的。在中国,磁偏角和磁倾角的发现要早得多。
北宋官方军事著作《吴京通论》中所描述的制作罗盘的方法,就包含了一些地磁的知识。甚至关于磁倾角的知识也体现在这种磁化方法中。由于指南针的北端在磁化时是向下倾斜的,这暗示着当时的人们已经意识到了倾角的存在。
迄今发现的有关磁偏角的权威文献是北宋沈括的《孟茜笔谈》。
沈括对磁学的贡献有:第一,他给出了人工磁化法;第二,他在历史上第一次指出地磁场有磁偏角;第三,他讨论了指南针的四种安装方法,为制造用于导航的指南针奠定了基础。此外,沈括还研究了大气中的光和电现象。
从后来地磁的发展我们知道,磁偏角是随着位置的变化而变化的,同一位置的磁偏角随着时间的推移而变化。这些变化是由地球磁极的不断变化引起的。
到了南宋时期,磁偏角因地而异的情况被记录得更加清楚,并应用到了堪舆罗盘上。
元明清时期的堪舆圆规也配有缝衣针,不同时期和地区制作的圆规缝衣针方向也不一致。这可以看作是中国古代偏转角随时间和地点变化的原始记录。
在物理学中,磁和电本质上是相关的。我国古人把磁现象和静电现象联系起来,统一为“气”,是有意义的。后来人们对静电引力的观察更加深入,发现了一些特殊情况。
比如三国时期,人们就已经知道“琥珀不取烂芥”。“琥珀”是一种树脂化石,绝缘性能好,摩擦后能吸引轻小物体。这种现象自汉代以来已广为人知。
“烂芥菜”指的是腐烂的芥菜籽,这种芥菜籽必须充满水分,所以有粘性,容易粘在其他物体上,不易吸收。
另外,腐烂的芥菜蒸发出来的水蒸气使周围的空气和与之接触的桌面变得潮湿,这样就容易导电。当腐烂的芥末靠近带电体时,感应产生的电荷很容易被周围潮湿的空气带走,所以静电引力一定很小。
可见,“琥珀不取烂芥”不仅是事实,而且符合电学原理,也是人们对摩擦起电进行深入观察和研究得出的结论。
古人认为琥珀在人的摩擦下容易带电就真的是琥珀。可见古人已经知道以是否有明显的静电性质作为辨别真假琥珀的标准,这是初步电学知识的实际应用。
在一定条件下,摩擦起电会引起火星,并伴有轻微的噪音。这种被称为“电致发光”的现象在古代也时有发现和记录。
晋代张华《博物志》记载:“人梳头脱衣,有梳头解结时有光嘶。”这里记录了两个现象,一个是梳子和头发之间的摩擦起电,一个是不同材质的外套和内衣之间的摩擦起电。
古代的梳子,有漆木、骨头或角蛋白,摩擦头发容易带电;丝绸、毛皮等衣物相互摩擦时容易带电。天气干燥,摩擦力大的时候,可以有火花和声音。
当然,这个火星和声音是很微弱的,古人能探测到,说明它是很细心很认真的。
除了雷电,古代观测到的电磁现象还有地光和极光的特征。
中国古代地方志中对地光的记载最多。比如《成都志》记载,1993年2月4日成都地震前,“一把火入地”;据《郑德》记载,1513年2月30日,四川“见空中有火船,声如惊雷,次日武宿地震”;据颍上县志记载,1652年3月24日,安徽颍上地震发生时,“红光遍布全城”。
所有这些词中的“火光”、“火船”、“红光”等,都是古人用来描述地光的名词。
这些记录准确而生动,是科学史上极其珍贵的资料。它们的意义在于地光可以反映岩层的活动,与地震密切相关,尤其有助于临震预测。
极光分为北极光和南极光。我国位于北半球,所以只能看到北极光。在高纬度地区看到极光的机会比较多,在中低纬度地区偶尔也能看到,但亮度要弱很多。
一般认为,极光产生的原因是太阳发出的无数带电粒子受到地球磁场的影响,其运动方向发生了变化。它们沿着地球磁场线下降到南北极附近的上层,并高速钻入大气层。这些带电粒子与大气中的分子和原子发生碰撞,导致大气电离并发光。这是奥罗拉。
各种原子发出不同颜色的光,所以极光呈现五颜六色,一般是黄绿色,但也有白色、红色、蓝色、灰紫色,或者两者兼而有之。
中国古代很早就有极光的记录。远在几千年前,传说中的黄帝时期,就有“北斗枢星周围大闪电”。
战国竹书纪年记载了发生在公元前950年左右的一次极光:“周昭王末年,夜明,五色辉煌。那一年,王楠没有回来。”它描述了极光出现的时间、方位和光色,是中国最早、最详细的极光记录,比西方早600多年。中国古代关于极光的记载非常丰富。当时还没有极光的名称,而是根据各种极光现象的形状、大小、运动、变化、颜色来命名的。
这种分类命名法最早见于史记?官方书籍显示它至少有2000年的历史。
极光是日地关系研究中的一个重要课题,与天体物理学和地球物理学密切相关。远古时期记录的极光史料可以帮助人们了解过去太阳活动、地磁场和电离层的变化规律,也可以探索古地磁极位置的变化过程。