指南針是古代漢族勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的實(shí)踐中對(duì)物體磁性認(rèn)識(shí)的結(jié)果。作為中國(guó)古代四大發(fā)明之一，它的發(fā)明對(duì)人類的科學(xué)技術(shù)和文明的發(fā)展，起了無可估量的作用。那么指南針是什么時(shí)候發(fā)明的呢?一起來看看小編給大家精心準(zhǔn)備的資料，歡迎閱讀!

　　指南針的發(fā)明

　　中國(guó)古代四大發(fā)明之一。利用磁鐵在地球磁場(chǎng)中的南北指極性而制成的一種指向儀器，有多種形體。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，已發(fā)現(xiàn)磁石吸鐵的現(xiàn)象，并用天然磁石制造“司南之勺”，“其柄指南”。此后,經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期的實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)人工磁化的方法，造成更高一級(jí)的磁性指向儀器。宋代科學(xué)家沈括首先記載了地磁偏角，說用天然磁石摩擦鋼針，使之磁化成為磁針，可以指南，而常微偏東，并介紹了四種支掛磁針的方法：一是浮于水面，二是放在指甲上,三是放在碗沿上,四是線縷懸掛(見彩圖縷懸法指南針 據(jù)沈括記載復(fù)制模型)。宋軍中配備指南魚，是將薄鐵葉剪成魚形而磁化，用于陰天和黑夜判斷行軍方向。后來又發(fā)展成磁針和方位盤聯(lián)成一體的羅經(jīng)盤,即羅盤。曾三異在《因話錄》中記載當(dāng)時(shí)有“地螺”,“或有子午正針，或用子午、丙壬間縫針”。這種地羅還是一種水羅盤。當(dāng)時(shí)，陰陽(yáng)家用地羅看風(fēng)水。在清丈田地和判決土地訴訟時(shí),也使用地羅。據(jù)《萍洲可談》、《宣和奉使高麗圖經(jīng)》、《諸蕃志》和《夢(mèng)粱錄》記載，至晚在北宋后期，指南針已用于航海，南宋時(shí)，使用“針盤”導(dǎo)航。這種針盤還使用“浮針”，這對(duì)于海上交通的發(fā)展，中外經(jīng)濟(jì)文化交流，起了極大作用。

　　最早的“指南針” 戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，我國(guó)人民利用磁鐵造成了一種指示方向的工具，叫“司南”。“司南”就是指南的意思。司南的形狀和現(xiàn)在的指南針完全不同。它是根據(jù)我國(guó)古代的勺子的形狀制成的，很象我們現(xiàn)在用的湯匙。

　　司南是怎樣制成的呢?古書上缺少詳細(xì)的記載，又沒有實(shí)物留下來，所以我們沒有辦法知道它的準(zhǔn)確形狀。根據(jù)專家們的研究，司南大約是把整塊的天然磁鐵，輕輕地琢磨成勺子的形狀，并且把它的S極琢磨成長(zhǎng)柄，使重心落在圓而光滑的底部正中。

　　司南做好以后，還得做一個(gè)光滑的底盤。使用的時(shí)候，先把底盤放平，再把司南放在底盤的中間，用手撥動(dòng)它的柄，使它轉(zhuǎn)動(dòng)。等到司南停下來，它的長(zhǎng)柄就指向南方，勺子的口則指向北方。

　　司南的底盤是用青銅做的，有的是個(gè)涂漆的木盤，青銅和漆器都比較光滑，磨擦的阻力比較小，司南轉(zhuǎn)動(dòng)起來很靈活。這種底盤內(nèi)圓外方，四周還刻有表示方位的格線和文字。現(xiàn)在的出土文物中，就有這樣的銅盤和涂漆的木盤;還有東漢時(shí)候的一幅石刻，刻著一個(gè)小勺子放在一個(gè)小方臺(tái)上，有人認(rèn)為這就是司南。

　　司南是世界上最早的“指南針”。戰(zhàn)國(guó)時(shí)候，有人去采玉，怕在荒山中迷路，就帶上司南。司南必須放在光滑的底盤上旋轉(zhuǎn)，底盤還必須放平，否則就會(huì)影響它指南的作用，甚至?xí)顾鼜牡妆P上滑下來。因此，人們發(fā)明司南以后，又繼續(xù)不斷地研究改進(jìn)指南的工具。

　　指南魚 公元九六零年，宋太祖建立宋朝，結(jié)束了五代十國(guó)時(shí)期的封建割據(jù)局面。北宋時(shí)候，農(nóng)業(yè)、手工業(yè)和商業(yè)都有了新的發(fā)展。在這個(gè)基礎(chǔ)上，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)獲得了輝煌的成就。宋朝時(shí)候，我國(guó)在指南針的制造方面，跟造紙法和印刷術(shù)一樣，也有很大的發(fā)展。

　　大約在北宋初年，我國(guó)又創(chuàng)制了一種指南工具——指南魚。

　　當(dāng)時(shí)有一部有名的軍事著作，叫《武經(jīng)總要》，其中說：行軍的時(shí)候，如果迂到陰天黑夜，無法辨明方向，就應(yīng)當(dāng)讓老馬在前面帶路，或者用指南車和指南魚辨別方向。《武經(jīng)總要》這部書是在北宋仁宗慶歷四年(公元一零四四年)以前寫成的。這就是說，在那個(gè)時(shí)候，我國(guó)已經(jīng)有指南魚，并且把它應(yīng)用到軍事方面去了。

　　指南魚用一塊薄薄的鋼片做成，形狀很象一條魚。它有兩寸長(zhǎng)、五分寬，魚的肚皮部分凹下去一些，使它象小船一樣，可以浮在水面上。

　　鋼片做成的魚沒有磁性，所以沒有指南的作用。如果要它指南，還必須再用人工傳磁的辦法，使它變成磁鐵，具有磁性。

　　關(guān)于怎樣進(jìn)行人工傳磁，《武經(jīng)總要》沒有明白的記載，但是它指出，指南魚要用“密器收之”，也就是說，要拿一個(gè)密封的合子藏起來。根據(jù)這一點(diǎn)來看，當(dāng)時(shí)的人工傳磁法大約是這樣的：把鋼片做的魚和天然磁鐵放在同一個(gè)密封的合子里，使它們接觸，時(shí)間久了，鋼片做的魚就也會(huì)具有磁性，變成磁鐵。

　　原來，不管磁化或者沒有磁化的鋼鐵里面，每一個(gè)分子都是一根“小磁鐵”。沒有磁化的鋼條，它的分子毫無次序地排列著，“小磁鐵”的磁性都互相抵消了。磁化了的鋼條，所有的“小磁鐵”都整整齊齊地排列著，同性的磁極朝著一個(gè)方向，不用說，整個(gè)鋼條就具有磁性了。如果拿一塊磁鐵，緊緊擦著一根沒有磁化的鋼條，老是從這一頭向另一頭移動(dòng)，那么，由于磁鐵的吸力，普通鋼條中的分子也都順著一個(gè)方向排列起來，這樣，就完成“傳磁”的工作了。《武經(jīng)總要》上講到的“密器收之”，可能就是指這種人工傳磁方法。

　　我國(guó)人民發(fā)明用人造磁鐵做指南魚，這是一個(gè)很大的進(jìn)步。這說明我國(guó)人民在九百多年前就已具有相當(dāng)豐富的磁鐵知識(shí)了。

　　使用指南魚，比使用司南要方便，它不需要再做一個(gè)光滑的銅盤，只要有一碗水就可以了。盛水的碗即使放得不平，也不會(huì)影響指南的作用，因?yàn)橥肜锏乃媸瞧降摹６遥捎谝后w的摩擦力比固體小，轉(zhuǎn)動(dòng)起來比較靈活，所以它比司南更靈敏，更準(zhǔn)確。

　　當(dāng)時(shí)不但有鋼片做的指南魚，還有用木頭做的指南魚和指南龜。宋代《事林廣記》記載了用木頭做指南魚的方法：用一塊木頭刻成魚的樣子，象手指那樣大，在魚嘴往里挖一個(gè)洞，拿一條磁鐵放在里面，使它的S級(jí)朝外，再用蠟封好口。另外用一根針從魚口里插進(jìn)去，室南魚就做好了。把指南魚放到水面上，魚嘴里的針就指向南方。

　　指南龜也是用木頭刻成的，放磁鐵的辦法和木頭指南魚一樣，插在尾部。指南龜不放在水里，人們?cè)谒亩亲酉旅嫱谝粋€(gè)洞，把它裝在光滑的竹釘上面，使它便于自由轉(zhuǎn)動(dòng)，它尾部的那根針，也會(huì)自動(dòng)指向南方。

　　這種木頭指南魚和指南龜，很可能是一些懂得方術(shù)的方士創(chuàng)造的，做成以后只是用來變戲法。所以《事林廣記》的作者，把它們當(dāng)作《神仙幻術(shù)》了。

　　現(xiàn)代指南針

　　現(xiàn)代人制作了各種電子指南針，美國(guó)的蘋果手機(jī)中就有這個(gè)軟件，甚至在GPS中也會(huì)用到。

　　電子指南針將替代舊的針式指南針或羅盤指南針，因?yàn)殡娮又改厢樔捎霉虘B(tài)的元件，還可以簡(jiǎn)單地和其他電子系統(tǒng)接口。電子指南針系統(tǒng)中磁場(chǎng)傳感器的磁阻(MR)技術(shù)是最佳的解決方法，和現(xiàn)在很多電子指南針還在使用的磁通量閘門傳感器相比較，MR技術(shù)不需要繞線圈而且可以用IC生產(chǎn)過程(IC-like process)生產(chǎn)，是一個(gè)更值得使用的解決方案。由于MR有高靈敏度，它甚至比這個(gè)應(yīng)用范圍中的霍爾元件更好。

　　指南針與偏磁角

　　指南針不僅僅指出南北方向，還指出一條磁子午線，這條磁子午線是隨一年四季變化的。其一，在春分，秋分這天，磁子午線與子午線，以及地球的經(jīng)線三線重合，指南針直指地球的南北方向極點(diǎn)，誤差只有0.08度地軸偏心率，可以忽略不計(jì)。其二，在夏至，冬至這天，磁子午線和子午線是不重合的并且偏磁角最大，最大偏差量為征服23.26度，也就是說在地球南北極附近偏磁點(diǎn)最大，用地球的周長(zhǎng)除以365度角在*正負(fù)23度，等于偏磁極點(diǎn)對(duì)應(yīng)南北極點(diǎn)的距離(正負(fù)弧度公里)。可以講緯度線越高偏磁角越大，相反，緯度越低偏磁角越小，“太陽(yáng)同步軌道詞條”詳細(xì)詮釋了地球和太陽(yáng)同步軌道是隨一年四季變化的論述，也就是說軌道變化與引力有關(guān)系，引力又和地磁場(chǎng)的引力等效，并表示出地球和太陽(yáng)的取向角度，軌道繞地球產(chǎn)生傾角，假如去處人為設(shè)定衛(wèi)星軌道傾斜度7.8度，那么，地球明暗部分中間那條線就是磁子午線，而衛(wèi)星軌道是隨一年四季變化的四幅小圖，為什么?因?yàn)橐磺惺挛锒际窍鄬?duì)而言，都有正反兩方面，即，磁子午線指向不變，而地球的經(jīng)線軌道在變化。

　　當(dāng)我們走進(jìn)科技館時(shí)，地球儀映入我們眼簾，首先給人第一印象是地軸偏斜了23度半的球體。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)地球的北極點(diǎn)不是球體的最高點(diǎn)，南極點(diǎn)也不是球體的最低點(diǎn)，這是為什么呢?探究所以，鉤深致遠(yuǎn)多年，通過學(xué)習(xí)現(xiàn)有知識(shí)，發(fā)現(xiàn)地軸偏斜23.26度，使球體面發(fā)生了改變。再看地球儀半圓框架刻度盤在取向上，又發(fā)現(xiàn)北極軸在方向偏斜23.26度，的地方是球體表面的最高點(diǎn)，南極軸方向向上偏斜23.26度的地方是球體表面的最低點(diǎn)，我試著在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間畫一條軸線，驚奇的發(fā)現(xiàn)，這條線的縱線和黃道面水平橫線相交，恰好垂直為90度，猛然開悟，這不是我夢(mèng)寐以求要找的縱向磁子午線嗎!偏磁極點(diǎn)嗎，磁引力線就是從極點(diǎn)發(fā)出的嗎?以及地球和太陽(yáng)的引力線嗎。即縱線軸心線就是磁子午線，橫向軸心線就是太陽(yáng)吸引地球的引力線。

　　裝置

　　關(guān)于磁針的裝置方法，沈括介紹了四種方法：

　　1.水浮法——將磁針上穿幾根燈心草浮在水面，就可以指示方向。

　　2.碗唇旋定法——將磁針擱在碗口邊緣，磁針可以旋轉(zhuǎn)，指示方向。

　　3.指甲旋定法——把磁針擱在手指甲上面由于指甲面光滑，磁針可以旋轉(zhuǎn)自如，指示方向。

　　4.縷懸法——在磁針中部涂一些蠟，粘一根蠶絲，掛在沒有風(fēng)的地方，就可以指示方向了。

　　沈括還對(duì)四種方法做了比較，他指出，水浮法的最大缺點(diǎn)，水面容易晃動(dòng)影響測(cè)量結(jié)果。碗唇旋定法和指甲旋定法，由于摩擦力小，轉(zhuǎn)動(dòng)很靈活，但容易掉落。沈括比較推重的是縷懸法，他認(rèn)為這是比較理想而又切實(shí)可行的方法。事實(shí)上沈括指出的四種方法已經(jīng)歸納了迄今為止指南針裝置的兩大體系——水針和旱針。

　　南宋陳元靚在《事林廣記》中介紹了另一類指南魚和指南龜?shù)闹谱鞣椒ā＿@種指南魚與《武經(jīng)總要》一書記載的不一樣，是用木頭刻成魚形，有手指那么大，木魚腹中置入一塊天然磁鐵，磁鐵的S極指向魚頭，用蠟封好后，從魚口插入一根針，就成為指南魚。將其浮于水面，魚頭指南，這也是水針的一類。

　　指南龜是當(dāng)時(shí)流行的一種新裝置，將一塊天然磁石放置在木刻龜?shù)母箖?nèi)，在木龜腹下方挖一光滑的小孔，對(duì)準(zhǔn)并放置在直立于木板上的頂端尖滑的竹釘上，這樣木龜就被放置在一個(gè)固定的、可以自由旋轉(zhuǎn)的支點(diǎn)上了。由于支點(diǎn)處摩擦力很小，木龜可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)指南。當(dāng)時(shí)它并沒有用于航海指向，而用于幻術(shù)。但是這就是后來出現(xiàn)的旱羅盤的先聲。

　　指南龜發(fā)明年代不晚于1325年。木塊刻成龜型，龜腹部中心嵌以磁體，木龜安放在尖狀立拄上，靜止時(shí)首尾分指南北。

　　羅盤定位

　　要確定方向除了指南針之外，還需要有方位盤相配合。最初使用指南針時(shí)，可能沒有固定的方位盤，隨著測(cè)方位的需要，出現(xiàn)了磁針和方位盤一體的羅盤。羅盤有堪輿用的羅經(jīng)盤和水羅盤、旱羅盤。

　　方位盤仍是二十四向，但是盤式已經(jīng)由方形演變成圓形。這樣一來只要看一看磁針在方位盤上的位置，就能斷定出方位來。南宋時(shí)，曾三異在《因話錄》中記載了有關(guān)這方面的文獻(xiàn)：“地螺或有子午正針，或用子午丙壬間縫針。”這是有關(guān)羅經(jīng)盤最早的文獻(xiàn)記載。文獻(xiàn)中所說的“地螺”，就是地羅，也就是羅經(jīng)盤。文獻(xiàn)中已經(jīng)把磁偏角的知識(shí)應(yīng)用到羅盤上。這種羅盤不僅有子午針(確定地磁場(chǎng)南北極方向的磁針)，還有子午丙壬間縫針(用日影確定的地理南北極方向)這兩個(gè)方向之間的夾角，就是磁偏角。

　　盤面周圍刻二十四方位，內(nèi)中盛水，磁針橫穿燈草，浮于水面。

　　現(xiàn)在人們已經(jīng)知道，地球的兩個(gè)磁極和地理的南北極只是接近，并不重合。磁針指向的是地球磁極而不是地理的南北極，這樣磁針指的就不是正南、正北方向而略有偏差，這個(gè)角度就叫磁偏角。又因?yàn)榈厍蚪魄蛐危源裴樦赶虼艠O時(shí)必向下傾斜，和水平方向有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角稱為磁傾角。不同地點(diǎn)的磁偏角和磁傾角都不相同。成書于北宋的《武經(jīng)總要》在談到用地磁法制造指南針時(shí)，就注意利用了磁傾角。沈括在《夢(mèng)溪筆談》談到指南針不全指南，常微偏東。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁傾角的發(fā)現(xiàn)使指南針的指向更加準(zhǔn)確。