指南针什么时候发明的
中国古代四大发明之一。利用磁铁在地球磁场中的南北指极性而制成的一种指向仪器，有多种形体。战国时期，已发现磁石吸铁的现象，并用天然磁石制造“司南之勺”，“其
柄指南”。此后，经过长时期的实践，发现人工磁化的方法，造成更高一级的磁性指向仪器。宋代科学家沈括首先记载了地磁偏角，说用天然磁石摩擦钢针，使之磁化成为磁针，可以
指南，而常微偏东，并介绍了四种支挂磁针的方法：一是浮于水面，二是放在指甲上，三
是放在碗沿上，四是线缕悬挂见彩图缕悬法指南针
据沈括记载复制模型。宋军中配备指南鱼，是将薄铁叶剪成鱼形而磁化，用于阴天
和黑夜判断行军方向。后来又发展成磁针和方位盘联成一体的罗经盘，即罗盘。曾三异在《因话录》中记载当时有“地螺”,“或有子午正针，或用子午、丙壬间缝针”。这种地
罗还是一种水罗盘。当时，阴阳家用地罗看风水。在清丈田地和判决土地诉讼时，也使用
地罗。据《萍洲可谈》、《宣和奉使高丽图经》、《诸蕃志》和《梦粱录》记载，至晚在
北宋后期，指南针已用于航海，南宋时，使用“针盘”导航。这种针盘还使用“浮针”，
这对于海上交通的发展，中外经济文化交流，起了极大作用。
最早的“指南针” 战国时代，我国人民利用磁铁造成了一种指示方向的工具，叫
停泊的拼音“司南”。“司南”就是指南的意思。司南的形状和现在的指南针完全不同。它是根据我
国古代的勺子的形状制成的，很象我们现在用的汤匙。
司南是怎样制成的呢?古书上缺少详细的记载，又没有实物留下来，所以我们没有办
法知道它的准确形状。根据专家们的研究，司南大约是把整块的天然磁铁，轻轻地琢磨成
勺子的形状，并且把它的S极琢磨成长柄，使重心落在圆而光滑的底部正中。
司南做好以后，还得做一个光滑的底盘。使用的时候，先把底盘放平，再把司南放在
底盘的中间，用手拨动它的柄，使它转动。等到司南停下来，它的长柄就指向南方，勺子
的口则指向北方。
司南的底盘是用青铜做的，有的是个涂漆的木盘，青铜和漆器都比较光滑，磨擦的阻
力比较小，司南转动起来很灵活。这种底盘内圆外方，四周还刻有表示方位的格线和文字。现在的出土文物中，就有这样的铜盘和涂漆的木盘；还有东汉时候的一幅石刻，刻着一个
小勺子放在一个小方台上，有人认为这就是司南。
司南是世界上最早的“指南针”。战国时候，有人去采玉，怕在荒山中迷路，就带上
司南。司南必须放在光滑的底盘上旋转，底盘还必须放平，否则就会影响它指南的作用，
甚至会使它从底盘上滑下来。因此，人们发明司南以后，又继续不断地研究改进指南的工具。
指南鱼公元九六零年，宋太祖建立宋朝，结束了五代十国时期的封建割据局面。北
宋时候，农业、手工业和商业都有了新的发展。在这个基础上，我国的科学技术获得了辉
煌的成就。宋朝时候，我国在指南针的制造方面，跟造纸法和印刷术一样，也有很大的发展。
大约在北宋初年，我国又创制了一种指南工具——指南鱼。
当时有一部有名的军事著作，叫《武经总要》，其中说：行军的时候，如果迂到阴天
春夏黑夜，无法辨明方向，就应当让老马在前面带路，或者用指南车和指南鱼辨别方向。《武
经总要》这部书是在北宋仁宗庆历四年公元一零四四年以前写成的。这就是说，在那个时候，我国已经有指南鱼，并且把它应用到军事方面去了。
指南鱼用一块薄薄的钢片做成，形状很象一条鱼。它有两寸长、五分宽，鱼的肚皮部
分凹下去一些，使它象小船一样，可以浮在水面上。
古希腊神话人物钢片做成的鱼没有磁性，所以没有指南的作用。如果要它指南，还必须再用人工传磁
的办法，使它变成磁铁，具有磁性。
关于怎样进行人工传磁，《武经总要》没有明白的记载，但是它指出，指南鱼要用
“密器收之”，也就是说，要拿一个密封的合子藏起来。根据这一点来看，当时的人工传
磁法大约是这样的：把钢片做的鱼和天然磁铁放在同一个密封的合子里，使它们接触，时
间久了，钢片做的鱼就也会具有磁性，变成磁铁。
原来，不管磁化或者没有磁化的钢铁里面，每一个分子都是一根“小磁铁”。没有磁
化的钢条，它的分子毫无次序地排列着，“小磁铁”的磁性都互相抵消了。磁化了的钢条，所有的“小磁铁”都整整齐齐地排列着，同性的磁极朝着一个方向，不用说，整个钢条就
具有磁性了。如果拿一块磁铁，紧紧擦着一根没有磁化的钢条，老是从这一头向另一头移动，那么，由于磁铁的吸力，普通钢条中的分子也都顺着一个方向排列起来，这样，就完
成“传磁”的工作了。《武经总要》上讲到的“密器收之”，可能就是指这种人工传磁方法。
我国人民发明用人造磁铁做指南鱼，这是一个很大的进步。这说明我国人民在九百多
年前就已具有相当丰富的磁铁知识了。
暴风影霸使用指南鱼，比使用司南要方便，它不需要再做一个光滑的铜盘，只要有一碗水就可
以了。盛水的碗即使放得不平，也不会影响指南的作用，因为碗里的水面是平的。而且，
由于液体的摩擦力比固体小，转动起来比较灵活，所以它比司南更灵敏，更准确。
当时不但有钢片做的指南鱼，还有用木头做的指南鱼和指南龟。宋代《事林广记》记
载了用木头做指南鱼的方法：用一块木头刻成鱼的样子，象手指那样大，在鱼嘴往里挖一
个洞，拿一条磁铁放在里面，使它的S级朝外，再用蜡封好口。另外用一根针从鱼口里插
进去，室南鱼就做好了。把指南鱼放到水面上，鱼嘴里的针就指向南方。
指南龟也是用木头刻成的，放磁铁的办法和木头指南鱼一样，插在尾部。指南龟不放
在水里，人们在它的肚子下面挖一个洞，把它装在光滑的竹钉上面，使它便于自由转动，
它尾部的那根针，也会自动指向南方。
这种木头指南鱼和指南龟，很可能是一些懂得方术的方士创造的，做成以后只是用来
变戏法。所以《事林广记》的作者，把它们当作《神仙幻术》了。
现代人制作了各种电子指南针，美国的苹果手机中就有这个软件，甚至在GPS中也会
用到。
电子指南针将替代旧的针式指南针或罗盘指南针，因为电子指南针全采用固态的元件，还可以简单地和其他电子系统接口。电子指南针系统中磁场传感器的磁阻MR技术是最佳
的解决方法，和现在很多电子指南针还在使用的磁通量闸门传感器相比较，MR技术不需要绕线圈而且可以用IC生产过程IC-like
process生产，是一个更值得使用的解决方案。由于MR有高灵敏度，它甚至比这个应用范围中的霍尔元件更好。
指南针与偏磁角
指南针不仅仅指出南北方向，还指出一条磁子午线，这条磁子午线是随一年四季变化的。其一，在春分，秋分这天，磁子午线与子午线，以及地球的经线三线重合，指南针直
指地球的南北方向极点，误差只有0.08度地轴偏心率，可以忽略不计。其二，在夏至，
冬至这天，磁子午线和子午线是不重合的并且偏磁角最大，最大偏差量为征服23.26度，
也就是说在地球南北极附近偏磁点最大，用地球的周长除以365度角在*正负23度，等于
偏磁极点对应南北极点的距离正负弧度公里。可以讲纬度线越高偏磁角越大，相反，纬度
越低偏磁角越小，“太阳同步轨道词条”详细诠释了地球和太阳同步轨道是随一年四季变
化的论述，也就是说轨道变化与引力有关系，引力又和地磁场的引力等效，并表示出地球
和太阳的取向角度，轨道绕地球产生倾角，假如去处人为设定卫星轨道倾斜度7.8度，那么，地球明暗部分中间那条线就是磁子午线，而卫星轨道是随一年四季变化的四幅小图，
为什么?因为一切事物都是相对而言，都有正反两方面，即，磁子午线指向不变，而地球
的经线轨道在变化。
当我们走进科技馆时，地球仪映入我们眼帘，首先给人第一印象是地轴偏斜了23度
半的球体。仔细观察发现地球的北极点不是球体的最高点，南极点也不是球体的最低点，
这是为什么呢?探究所以，钩深致远多年，通过学习现有知识，发现地轴偏斜23.26度，
伊丽莎白 德比齐使球体面发生了改变。再看地球仪半圆框架刻度盘在取向上，又发现北极轴在方向偏斜23.26度，的地方是球体表面的最高点，南极轴方向向上偏斜23.26度的地方是球体表面
的最低点，我试着在最高点与最低点之间画一条轴线，惊奇的发现，这条线的纵线和黄道
面水平横线相交，恰好垂直为90度，猛然开悟，这不是我梦寐以求要的纵向磁子午线
吗!偏磁极点吗，磁引力线就是从极点发出的吗?以及地球和太阳的引力线吗。即纵线轴心
线就是磁子午线，横向轴心线就是太阳吸引地球的引力线。
装置
关于磁针的装置方法，沈括介绍了四种方法：
1.水浮法——将磁针上穿几根灯心草浮在水面，就可以指示方向。
2.碗唇旋定法——将磁针搁在碗口边缘，磁针可以旋转，指示方向。
3.指甲旋定法——把磁针搁在手指甲上面由于指甲面光滑，磁针可以旋转自如，指示
方向。
4.缕悬法——在磁针中部涂一些蜡，粘一根蚕丝，挂在没有风的地方，就可以指示方
向了。
沈括还对四种方法做了比较，他指出，水浮法的最大缺点，水面容易晃动影响测量结果。碗唇旋定法和指甲旋定法，由于摩擦力小，转动很灵活，但容易掉落。沈括比较推重
的是缕悬法，他认为这是比较理想而又切实可行的方法。事实上沈括指出的四种方法已经
归纳了迄今为止指南针装置的两大体系——水针和旱针。
南宋陈元靓在《事林广记》中介绍了另一类指南鱼和指南龟的制作方法。这种指南鱼
立冬祝福语与《武经总要》一书记载的不一样，是用木头刻成鱼形，有手指那么大，木鱼腹中置入一
块天然磁铁，磁铁的S极指向鱼头，用蜡封好后，从鱼口插入一根针，就成为指南鱼。将
其浮于水面，鱼头指南，这也是水针的一类。
指南龟是当时流行的一种新装置，将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下
方挖一光滑的小孔，对准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上，这样木龟就被放置
在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小，木龟可以自由转动指南。当时它并没有用于航海指向，而用于幻术。但是这就是后来出现的旱罗盘的先声。
指南龟发明年代不晚于1325年。木块刻成龟型，龟腹部中心嵌以磁体，木龟安放在
尖状立拄上，静止时首尾分指南北。
罗盘定位
要确定方向除了指南针之外，还需要有方位盘相配合。最初使用指南针时，可能没有
固定的方位盘，随着测方位的需要，出现了磁针和方位盘一体的罗盘。罗盘有堪舆用的罗
经盘和水罗盘、旱罗盘。
方位盘仍是二十四向，但是盘式已经由方形演变成圆形。这样一来只要看一看磁针在
方位盘上的位置，就能断定出方位来。南宋时，曾三异在《因话录》中记载了有关这方面
的文献：“地螺或有子午正针，或用子午丙壬间缝针。”这是有关罗经盘最早的文献记载。文献中所说的“地螺”，就是地罗，也就是罗经盘。文献中已经把磁偏角的知识应用到罗
盘上。这种罗盘不仅有子午针确定地磁场南北极方向的磁针，还有子午丙壬间缝针用日影
确定的地理南北极方向这两个方向之间的夹角，就是磁偏角。
盘面周围刻二十四方位，内中盛水，磁针横穿灯草，浮于水面。
现在人们已经知道，地球的两个磁极和地理的南北极只是接近，并不重合。磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极，这样磁针指的就不是正南、正北方向而略有偏差，这个角度就叫磁偏角。又因为地球近似球形，所以磁针指向磁极时必向下倾斜，和水平方向有一个夹角，这个夹角称为磁倾角。不同地点的磁偏角和磁倾角都不相同。成书于北宋的《武经总要》在谈到用地磁法制造指南针时，就注意利用了磁倾角。沈括在《梦溪笔谈》谈到指南针不全指南，常微偏东。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
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