地磁和指南儀器

 

上一期介紹「磁針」的時候,用了「磁場」這個名詞。磁場是什麼呢?

磁場是磁力線可以達到的範圍。如果這樣說還不明白,那麼我們先來談另外一個名詞 - 磁力線。


磁力線與磁場

磁力線是看不見的,就像我們常說的光線、視線一樣,也是看不見的。如果我們在磁棒上平放一張卡紙,在卡紙上再均勻撒上一些鐵粉,輕輕拍打卡紙,就會看見鐵粉排列成許多細線,這些細線就好像磁力線現出了原形。

藉著這些線條,我們可以了解磁場的一些性質:

  • 有磁力線的範圍便是磁場存在的證明。
  • 磁力線密度最大的地方,表示磁場最強。


司南與指南針

地球是由西向東轉,所以日、月、星辰都是從東方升起,在西方隱沒。我們住在北半球,看見的日昇月落,都偏南方,所以古人觀察天體的運行,大都面向南方。

距今兩千多年前的戰國時期,有一種勺狀的指南器具,叫做「
司南」,外形有點像湯匙,是用天然磁石打磨而成的。司南轉動停止的時候,他的長柄會指向南方,原理和指南針一樣。

西方人觀察天空卻喜歡面對北方,所以他們把指南針叫做指北針。市面上買到的指北針,塗有藍色或紅色油漆的一端是指北極。


地磁三要素

把一根縫衣針在磁鐵上摩擦幾下,針就變成磁針了。把磁針別在小紙片上,讓它漂浮在水盆中央,妳會看到磁針轉動,轉到指向南北方向以後,便會向北方移動,直到接觸到盆邊為止。

為什麼會這樣呢?這是因為磁針距離地磁北極較近,被地磁北極吸引過去的緣故。這種力量叫做「
地磁的水平分力」。

如果用手心托著指南針,從赤道開始向著地磁的北極走,指南針的「指北極」會越來越向下傾斜,當到達地磁北極點的時候,「指北極」便指向地面了。在不同緯度的地區,磁針和水平所夾的角度也不同,這種角叫做「
磁傾角」。

談到一個地區的地球磁場時,都要考量當地的
磁偏角磁傾角水平分力。這三個重要數據,叫做「地磁三要素」。


指南儀器

我國古代的指南儀器中,最有名的首推黃帝時代的指南車。後來,周朝、漢末也有指南車的紀錄,有的甚至不是利用磁性,而據說是齒輪式的機械產品。

最後,要對大家談談日常生活中常見的三種指南儀器:
指南針羅盤浮球式羅盤

儀器 指南針 羅盤 浮球羅盤
原理 磁針可自由轉動,受地磁作用指出南北方。 中間圓盤(藍色部份)可自由轉動,下面黏著磁鐵,使箭頭指向北方。 浮球漂浮在水中,可自由轉動,球內有磁鐵,所以可指出南北方向。
讀取
方法
轉動底盤,有色一端指出北方,其他方向便可找出來。 使外圈上的N指向你的前方,箭頭便指出你面對的方向。 把浮球羅盤舉在眼前,你看見的方向,就是你面對的方向。
面對
北方

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東西南北方向與實際相同。

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東西方向與指南針相反。

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東西、南北都與指南針相反。

面對東北

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北方固定,可依此判斷出前進方向。

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北方面對前方,則箭頭指出前進方向。

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面向前方,舉起浮球羅盤,所見球上方向即前進方向。