书城科普读物科技发明解秘(上)
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第65章 人造磁铁

“剩磁现象是11世纪初一个令人意想不到的发现。”大约在公元11世纪前的某个时期,中国人就发现不仅可以用铁块在天然磁石上摩擦来产生磁化现象,而且还可以将烧红的铁片冷却或淬火而得到磁化。操作时,铁片保持南北方向(顺地球磁场方向)。王圻在《和汉三才图会》(1609)中描述磁铁和用加热法退磁时的情形中写道:“(磁石)其势如有生命也,向有头尾。头指北,尾指南,头胜于尾之力。破碎之,亦悉备……若火烧则死,不能指南北。”

中国古代人在实践中认识到,正像沸水在经历了一个状态变化过程后变成蒸汽一样,磁铁也能通过加热而退去磁性。用现代语言准确的表述就是:在称为居里点(以19世纪著名科学家居里的姓命名)的温度值上,磁铁失去其磁性。蒸汽在冷却过程中又能重新冷凝成水,同样,铁在加热到很高温度后再冷却到居里点以下时,又获得了磁性。这是由于铁受到了其周围存在的磁场影响,冷却后的铁因受到磁感应而获得剩磁。因为地球本身存在着一个通常称为地磁场的弱磁场,所以只要一条铁在冷却时位于南北方向,它就能从地球本身的磁场作用中获得微弱的磁性。

中国人对剩磁和磁感应这一物理现象的认识既早又深刻。详细陈述铁的剩磁感应现象的内容,可在曾公亮的《武经总要》(1044年出版)中读到。他在该书卷十五中提及一种鱼形磁铁,但所提到的指南车则不是由磁性材料制成,而是一部机械导航装置。曾公亮写道:“若遇天景阴霾,夜色暝黑,又不能辨方向,则当纵老马前行,会识道路。或出指南车及指南鱼以辨方向。指南车世法不传。鱼法以薄铁叶剪裁,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。其首常南向午也。”

有时人们将罗盘指针与天然磁石相接触以获得必要的“充磁”。因此,上面所描述的受到热剩磁感应而具有磁性的指针,可以通过增加与天然磁石接触的方法来“加强”或者说“滋养”磁性。他们观察到经“居里点”产生磁化的结果,因而知道“通红”是产生磁化现象的必要条件,由此对“居里点”有了一些概念。通过热剩磁感应获得磁铁的方法具有极大的优点,它可以不再使用天然磁石制造指南针。

在铁的磁化过程中,必须使其顺地球磁场方向,这一认识表明中国古代人已在某种程度上意识到了地球磁场的存在。中国人还发现了地球磁场的磁感应现象,证明了该磁场是一种“有效力”。这是中国人取得的最伟大的科学成就之一。