中國古代的電磁學成就

中國古代的電磁學成就
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中國古代的電磁學成就

中國古人對電和磁的知識的積累及其技術成就,在世界物理學史中占有極為重要的地位。古代人在雷電、靜電、靜磁學方面的知識以及在羅盤的制造方面遠遠地走在歐洲人前面。除了用的傳統方式解釋磁體極性、磁偏角之外,在其他方面的科學發現和技術成就也是令人驚嘆的。對尖端放電現象的觀察和研究,使古人發明了避雷器,用于高大建筑的頂端,防止雷擊。特別是磁的研究與應用對中國古代的生產、軍事、航海測量等技術的發展產生了重要作用。

一、摩擦起電

我國古代人在電學知識方面很早就有了“琥珀拾芥”的記載,對靜電和雷電現象也有許多值得稱道的見解。琥珀是一種透明的樹脂化石,在古籍中也寫作“虎魄”、“虎珀”。玳瑁是一種類似龜的海生爬行動物,其甲殼也叫玳瑁;漢代王充等人稱它為“頓牟”。靜電現象的最早記載見之于西漢成書的《春秋考異郵》:“玳瑁吸喏”?!斑觥奔床菪家活愝p小絕緣體。王充在《論衡·亂龍篇》中寫道:“頓牟掇芥,磁石引針,皆以其真是、不假他類?!?/p>

東晉郭璞在《山海經圖贊》中寫道:“磁石吸鐵,玳瑁取芥,氣有潛通,數亦宜會,物之相投,出乎意外”。明代李時珍說:“玳瑁拾芥,如草芥,即禾草也?!鳖愃朴涊d,舉不勝舉。需要指出的是,芥子比草芥稍重,只要靜電力足夠大,干燥的芥子也能被琥珀吸引。從以上種種記載可見:人們根據吸引現象將電和磁并列為同一類,這是后來電磁學的思想先導。在西方古代,電和磁是被分別認識的。

除了琥珀、玳瑁之外,古代人還發現了毛皮、絲綢和其他多種物質的靜電現象。它們之所以被發現,是由于靜電火花和放電聲音引起人們的注意。西晉張華在其著《博物志》中最早記述了靜電閃光和放電聲。他寫道:“今人梳頭、脫著衣時,有隨梳、解結有光者,亦有咤聲?!边@里描述了兩個靜電實驗:一是用梳子梳頭發;二是猛然解脫毛皮或絲綢質料衣服。在這兩個實驗中都能發現靜電閃光和聽到放電聲?!稌x書·五行志》記載了這樣一件事:晉永康元年(300),晉惠帝司馬衷納羊氏為后。羊氏入宮就寢,侍人為其解脫衣服;“衣中忽有火,眾咸怪之”。這就被當成一件怪事從后宮傳出。方以智認為,所有布料都能摩擦起電。他寫道:“青布衣,大紅西洋布及人身之衣,氣盛者皆能出火?!狈揭灾堑恼摂嗍峭耆_的;他所謂“氣盛”是他那時代對摩擦起電的一種流行解釋而已。梳理頭發和解脫衣服所發生的靜電放電現象。

二、對雷電的認識

在殷商甲骨文中就有了“雷”和“電”的文字符號。從古代人分別造“雷”與“電”二字起,他們在一個較長時期里在大多數情況下將雷電看作是兩種自然現象?!痘茨献印氛f:“陰陽相薄為雷,激揚為電”。它以陰陽二氣摩擦與碰撞的激烈程度來區分雷電。早在戰國時期,《慎子》說:“陰與陽夾持,則磨軋有光而為電”?!渡髯印芬粫丫哂袕穆曇襞c光二者區分雷電的思想。宋代陸佃在《煙雅·釋天》中指出:陰陽相激,“其光為電,其聲為雷”。只到此時,雷聲電光作為同一現象的不同表現才被人們所認同。

漢代王充對雷電有精辟見解,曾論證雷的本質是火。他在《論衡·雷虛篇》中寫道:“雷者,火也。以人中雷而死,即詢其身,中頭則髦發燒焦,……臨其尸上聞火氣,一驗也。道術之家以為雷燒石色赤,投于井中,石焦井寒,激聲大鳴,若雷之狀,二驗也。人傷于寒,寒氣入腹,腹中素溫,溫寒分爭,激氣雷鳴,三驗也。當雷之時,電光時見,大若火之耀,四驗也。當雷之擊時,或燔人室屋及地草木,五驗也。言雷為天怒,無一效驗。然則雷為天

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