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方位——磁偏角
文章来源:古代科技   发布时间: 2014-8-1   浏览次数:   字号:[ ] [打印]
 

  北宋沈括(1031—1095)不仅记录了各种指南针的使用方法,而且亲自进行试验,以比较它们的优劣。在利用悬缕法进行测试时,沈括发现磁针所指并非方位盘上的正南方向,其南端“常微偏东”,从而首次发现并记录了地磁偏角现象。

  我们知道,磁性物质都有两极:磁南极和磁北极。两个磁性物质相遇时,同性相斥,异性相吸。地球内部有一个由地核形成的巨大磁场,其磁轴北极位于地理上的北极点附近,磁轴南极位于地理上的南极点附近。磁针处于静止状态时,磁南极指向地磁北极方向,磁北极指向地磁南极方向。地球地理上的南北极点是固定不变的,但不与地磁北极和地磁南极位置重合。因此,指南针指示方向就与地理上的正南正北方向有一定的偏差,这一偏差角度称为磁偏角。此外,地磁北极和地磁南极的位置还会随时间的流逝而不断变化。不过,这些显著变化都需要漫长时间,某一有限时间段内,地磁极的方位仍可看作是基本不变的。中国古人正是因为最早发现了磁偏角现象,能够在确定方向时予以校正,从而保持正确的航向,避免浪费时间及发生触礁。

  磁针南极永远与地磁北极方向平行,但由于地表为球形,在北半球,以地表水平面为参照系,磁针总是指向地表水平面的斜上方。磁针与地表水平面之间的夹角称为磁倾角。北宋曾公亮(999—1078)在《武经总要》中介绍了一种指南鱼的制作方法。先将鱼形铁片烧红,这时铁片内部的磁畴分布杂乱无规律。然后将其放入水中冷却,令铁鱼头尾指向南北方向。此时,在地磁场作用下,铁片内部的磁畴会沿地磁场方向定向排列。随着铁鱼冷却,这种定向排列方式被固化下来,铁鱼因此具有了磁性。值得注意的是,书中提到,入水冷却时要将指北的鱼尾稍微向下倾斜,这表明至少在北宋时期,中国古人就已经发现了磁倾角现象,并在实际制作指南鱼时适当予以校正。金属指南鱼的制造是世界上最早利用地磁场进行人工磁化的实例。

         方位——磁偏角     方位——磁偏角

                  地磁偏角示意图                      地磁南北极与地理南北极

方位——磁偏角

 磁倾角示意图

 
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