能在水平面内自由转动的磁体,静止时总是一端指南一端指北,这称为磁体的指向性,指南针就是利用磁体的指向性制成的。
大约在公元前3世纪我国人民就发现了磁体的指向性,并制成了“司南”,
用天然磁石磨成勺子,将勺子放在水平铜盘上,用手拨动勺子,当勺子静止时,勺柄指南,勺头指北。用天然磁石磨制司南很麻烦,并且要十分小心,磁石受到强烈的震动就会失去磁性,成品率很低。到北宋时期,人们发现将钢靠近磁石就带了磁性,并且能长期保持磁性。于是,人们用天然磁石摩擦钢针,使钢针磁化,制成了人造的指南针。并且采取了多种装置方法,宋代的百科全书《梦溪笔谈》就记载有:水浮法、
碗唇旋定法、
指甲旋定法
和缕旋法。
欧洲使用同样的磁化方法,比我们要晚400多年。
指南针之所以能指南北,是因为地球是一个巨大的磁体,地磁的北极在地理南极附近,地磁的南极在地理北极附近。因此,在地球周围的空间里存在着磁场,叫做地磁场。指南针静止时,总是一端指南,一端指北,就是因为受到地磁场的作用。
正是认识到地磁场的存在,北宋时期还发明一种人工制作指南鱼的方法:将薄铁片剪成鱼形,放在炉火中将贴片烧红,首尾对准地磁场的方向,然后用冷水将贴片迅速冷却即可。
不过,地磁两极与地理两极并不重合,水平放置的指南针的指向,跟地理子午线并不一致,其间有一交角,叫做磁偏角。
我国宋代的沈括是世界上第一个清楚地、准确地论述磁偏角的科学家,比哥伦布横渡大西洋时才观察到磁偏角现象早了400多年。