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為什么叫指南針,指南針的原理

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指南針是什么原理？
【為什么叫指南針,指南針的原理】

為什么叫指南針,指南針的原理


指南針指南針是我國的四大發(fā)明之一 。東漢王充《論衡》中說“司南之杓，投之于地，其柢指南”，是早期對司南比較清楚的描述 。考古學(xué)家根據(jù)古代文獻的描述復(fù)原了司南，但是這是不是指南針的雛形，學(xué)術(shù)界還有很大的爭議 。但是沒有爭議的是，在元代，指南針已經(jīng)開始應(yīng)用于航海等人類活動中 。指南針的基本原理就是一個可以自由旋轉(zhuǎn)的小磁針，在地磁場的作用下，小磁針一端指南，一端指北 。
指南的一端就被稱為南極（S極），指北的一端就被稱為北極（N極） 。一般我們把指北的一端涂成紅色，所以也有人把指南針叫做指北針 。指南針為什么能指南北呢？這是因為地球具有磁場 。磁場我們知道：磁鐵有兩極，N極和S極，而且同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引 。也就是說：我們用一個磁鐵的N極靠近另一個磁鐵的S極，就會發(fā)現(xiàn)二者相互吸引 。
如果用一個磁鐵的N極靠近另一個磁鐵的N極，就會發(fā)現(xiàn)二者相互排斥 。為了理解磁鐵間的這種作用，人們引入了磁場的概念 。磁場是存在于磁體周圍的一種看不見摸不著的物質(zhì)，這種物質(zhì)的作用是對磁鐵有力的作用 。也就是說：一個磁鐵會在周圍空間產(chǎn)生磁場，而這個磁場就會對另一個磁鐵有力的作用 。如果在磁鐵周圍放置一堆小磁針，那么小磁針的N極（下圖中紅色部分）指向就會與磁場方向相同 。
也就是說：在磁體外部，磁場是從磁體的N極指向磁體的S極 。人們根據(jù)指南針在地球表面可以指南北的特點，推斷出地球是具有磁場的，這就稱為地磁場 。地球的磁場與條形磁鐵的磁場非常像 。根據(jù)小磁針N極向北指的特點，人們分析出地磁場的的方向是從南向北的，這就得出了地磁場的N極其實在地理南極附近，而地磁場的 S極在地理北極附近，地磁南北極與地理南北極是相反的 。
而且，地磁南北極與地理南北極也并不是完全重合的，而是存在著一個夾角，稱為地磁偏角，中國的科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中寫道：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也 ?！笔鞘澜缟献钤绲年P(guān)于磁偏角的記錄 ?，F(xiàn)代指南針都通過技術(shù)手段修正了這個偏角 。那么，地球為什么能夠產(chǎn)生磁場呢？這個問題更加普遍的問法是：磁場到底是怎么產(chǎn)生的？電流產(chǎn)生磁場最初，人們認(rèn)為電與磁是完全不相關(guān)的現(xiàn)象 。
但是隨著人類認(rèn)識自然越來越深入，逐漸發(fā)現(xiàn)了電與磁可能是相關(guān)的，最典型的就是被閃電劈過的鐵礦石可能具有磁性 。人們想到，也許電可以產(chǎn)生磁 。丹麥物理學(xué)家奧斯特第一個發(fā)現(xiàn)了電流與磁場之間的聯(lián)系 。1806年，他應(yīng)聘哥本哈根大學(xué)教授，每個月他都會給學(xué)生準(zhǔn)備一節(jié)特別的課程，用來介紹科學(xué)界的最新成果 。在有一次講課時，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)用通電導(dǎo)線靠近指南針時，指南針發(fā)生了轉(zhuǎn)動 。
他和他的學(xué)生共同見證了這一歷史時刻，但是他當(dāng)時并沒有對這種現(xiàn)象給出解釋 。經(jīng)過幾個月的思索，他終于明白了：電流可以產(chǎn)生磁場，而磁場可以對小磁針有力的作用 。人們正式把電和磁聯(lián)系在一起 。為了紀(jì)念奧斯特，丹麥政府把哥本哈根市中心的公園命名為奧斯特公園，里面豎立著奧斯特的雕塑 。美國物理教師協(xié)會還特別設(shè)立了奧斯特獎?wù)?，來獎勵?yōu)秀物理教師 。
人們仔細研究了各種形狀的通電導(dǎo)線形成的磁場 。比如：通電直導(dǎo)線周圍的磁場是同心圓環(huán)，并且與導(dǎo)線中電流方向成右手螺旋定則 。也就是說：右手握住導(dǎo)線，大拇指指向電流方向，四指的繞向就是磁場方向 。另外還有一種典型情況：通電螺線管 。就好像在一根彈簧上通電，所產(chǎn)生的磁場與條形磁鐵的磁場很類似 。判定方法依然是右手螺旋定則：右手握住螺線管，四指方向與電流方向相同，則大拇指指向螺線管相當(dāng)于的條形磁鐵的N極 。

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