指南针是什么原理?

指南针指南针是我国的四大发明之一 。东汉王充《论衡》中说“司南之杓,投之于地,其柢指南”,是早期对司南比较清楚的描述 。考古学家根据古代文献的描述复原了司南,但是这是不是指南针的雏形,学术界还有很大的争议 。
但是没有争议的是,在元代,指南针已经开始应用于航海等人类活动中 。指南针的基本原理就是一个可以自由旋转的小磁针,在地磁场的作用下,小磁针一端指南,一端指北 。指南的一端就被称为南极(S极),指北的一端就被称为北极(N极) 。一般我们把指北的一端涂成红色,所以也有人把指南针叫做指北针 。
指南针为什么能指南北呢?这是因为地球具有磁场 。
磁场我们知道:磁铁有两极,N极和S极,而且同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引 。也就是说:我们用一个磁铁的N极靠近另一个磁铁的S极,就会发现二者相互吸引 。如果用一个磁铁的N极靠近另一个磁铁的N极,就会发现二者相互排斥 。
为了理解磁铁间的这种作用,人们引入了磁场的概念 。磁场是存在于磁体周围的一种看不见摸不着的物质,这种物质的作用是对磁铁有力的作用 。也就是说:一个磁铁会在周围空间产生磁场,而这个磁场就会对另一个磁铁有力的作用 。如果在磁铁周围放置一堆小磁针,那么小磁针的N极(下图中红色部分)指向就会与磁场方向相同 。也就是说:在磁体外部,磁场是从磁体的N极指向磁体的S极 。
人们根据指南针在地球表面可以指南北的特点,推断出地球是具有磁场的,这就称为地磁场 。地球的磁场与条形磁铁的磁场非常像 。根据小磁针N极向北指的特点,人们分析出地磁场的的方向是从南向北的,这就得出了地磁场的N极其实在地理南极附近,而地磁场的 S极在地理北极附近,地磁南北极与地理南北极是相反的 。
而且,地磁南北极与地理南北极也并不是完全重合的,而是存在着一个夹角,称为地磁偏角,中国的科学家沈括在《梦溪笔谈》中写道:“方家以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也 。”是世界上最早的关于磁偏角的记录 。现代指南针都通过技术手段修正了这个偏角 。
那么,地球为什么能够产生磁场呢?这个问题更加普遍的问法是:磁场到底是怎么产生的?
电流产生磁场最初,人们认为电与磁是完全不相关的现象 。但是随着人类认识自然越来越深入,逐渐发现了电与磁可能是相关的,最典型的就是被闪电劈过的铁矿石可能具有磁性 。人们想到,也许电可以产生磁 。
丹麦物理学家奥斯特第一个发现了电流与磁场之间的联系 。
1806年,他应聘哥本哈根大学教授,每个月他都会给学生准备一节特别的课程,用来介绍科学界的最新成果 。在有一次讲课时,他发现当用通电导线靠近指南针时,指南针发生了转动 。他和他的学生共同见证了这一历史时刻,但是他当时并没有对这种现象给出解释 。经过几个月的思索,他终于明白了:电流可以产生磁场,而磁场可以对小磁针有力的作用 。人们正式把电和磁联系在一起 。
为了纪念奥斯特,丹麦政府把哥本哈根市中心的公园命名为奥斯特公园,里面竖立着奥斯特的雕塑 。美国物理教师协会还特别设立了奥斯特奖章,来奖励优秀物理教师 。
人们仔细研究了各种形状的通电导线形成的磁场 。比如:通电直导线周围的磁场是同心圆环,并且与导线中电流方向成右手螺旋定则 。也就是说:右手握住导线,大拇指指向电流方向,四指的绕向就是磁场方向 。
另外还有一种典型情况:通电螺线管 。就好像在一根弹簧上通电,所产生的磁场与条形磁铁的磁场很类似 。判定方法依然是右手螺旋定则:右手握住螺线管,四指方向与电流方向相同,则大拇指指向螺线管相当于的条形磁铁的N极 。


以上关于本文的内容,仅作参考!温馨提示:如遇专业性较强的问题(如:疾病、健康、理财等),还请咨询专业人士给予相关指导!

「辽宁龙网」www.liaoninglong.com小编还为您精选了以下内容,希望对您有所帮助: