第五章 電與磁 第二節 磁石的特性

我國是世界上鐵礦開採技術與鐵的使用最早和最先進的國家,因此磁石吸鐵現象約在春秋時期就被人們發現了。當時人們把磁石的「磁」字寫成慈母的「慈」字。在人們的意念中,「慈石」吸鐵就像慈母戀子一樣。在古代科學史上,中國人對於磁的認識和應用一直都居世界領先地位。

早在漢代,人們發現磁石雖然可以吸鐵,但不能吸引銅和瓦石。《淮南子·覽冥訓》寫道:「慈石之能連鐵也,而求其引瓦則難矣。」《淮南子·說山訓》又寫道:「慈石能引鐵,及其於銅則不行也。」不僅如此,漢代人還知道磁鐵的排斥現象。他們用磁石作棋子,使之互相觸擊。異性端的觸擊,棋子互相吸引;同性端的觸擊,棋子互相排斥。漢代人將這種遊戲稱為「斗棋」。由此看來,在漢代,人們已經發現了磁極性。

古代中國人雖然不清楚電與磁是彼此相關的,但是琥珀與磁石二者都具有的吸引性質,使得他們在文字記述這些現象時總是將它們相提並論。王充說:「頓牟(玳瑁)掇芥,慈石引針,皆以其真是不假他類。」(《論衡·亂龍篇》)東晉郭璞說:「慈石吸鐵,玳瑁取芥」(《山海經圖贊·北三經第三》),等等。這種以物理特性將自然界的各種現象歸類的方法是科學的。由於磁石具有的吸鐵本性,古代人不僅將它列為中草藥之一,還將它直接用於治耳聾,以為磁石可以將塞住耳孔的東西吸出來,迷信人用它招魂;據說,秦始皇用它築阿房宮的大門,以防持帶鐵器的盜賊進入。晉朝大將馬隆與羌人作戰時,在窄道上壘磁石,羌人過,鐵甲一一留存,羌人以為神,馬隆因此大勝。(《晉書·馬隆傳》)

宋代是我國磁學知識發展高峰時期,人們在認識磁的特性和利用方面都有重大發現。首先,楊維德和沈括在世界上最早發現了地磁偏角。第二,宋代人還發現了種種人造磁鐵或人工磁化的方法。第三,宋代人製造了種種輕便的指南針,並且首先在航海中應用它辨別方向。

清初,中國人對磁學又作出了一項重大發現。古代人早就知道,磁石吸鐵,可以連吸,即被吸引的細針又可以吸引第二根細針。這樣,在一塊磁鐵上就一連串地掛上十幾根針。只要原磁鐵的強度足夠大,還可以吸引更多。雖然磁鐵不能引銅,但在銅盆底外放一塊磁鐵,盆內的鐵屑會隨盆底外磁鐵的移動而移動。這樣看來,彷彿磁鐵的作用是不被其它金屬阻礙隔斷的。古代人稱這種現象為「磁石吸鐵,隔礙潛通」。那麼,什麼東西可以隔斷磁石的作用呢? 清初劉獻庭(公元1648—1695年)在《廣陽雜記》中寫下這麼一件事:某人問,「磁石吸鐵,何物可以隔之?」我的侄子阿儒說:「只有鐵可以隔斷它。」其人即去實驗,發現果然如此。這個故事雖然沒有具體敘述如何用鐵隔斷磁石的作用,但他既然實驗過並作出了肯定的結論,也許自有其方法。從現代磁學知識看,只要用鐵絲將磁石包圍起來,或者將那個被吸的物體放入鐵絲網籠中,磁鐵就不能吸引它了。這種隔斷磁作用的現象被稱為磁屏蔽。中國人在17世紀就發現它,而且隔斷磁作用的正是被磁吸引的鐵,這就令古人為之驚愕了。

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