物理學(xué)史-中國古代電磁學(xué)知識課件

1、中國古代的電磁學(xué)知識中國古代的電磁學(xué)知識中國古代的電學(xué)知識中國古代的電學(xué)知識 雷電和摩擦起電雷電和摩擦起電2. 中國古代對磁的認(rèn)識中國古代對磁的認(rèn)識 磁體、磁性及應(yīng)用、司南、指磁體、磁性及應(yīng)用、司南、指南針南針( (一一) ) 中國古代的電學(xué)知識中國古代的電學(xué)知識 我國古代對電的認(rèn)識，是從雷電及摩擦起電現(xiàn)象開始的。我國古代對電的認(rèn)識，是從雷電及摩擦起電現(xiàn)象開始的。早在早在30003000多年前的殷商時期，甲骨文中就有了多年前的殷商時期，甲骨文中就有了“雷雷”的形聲字。的形聲字。西周初期，在青銅器上就已經(jīng)出現(xiàn)加雨字偏旁的西周初期，在青銅器上就已經(jīng)出現(xiàn)加雨字偏旁的“電電”字。字。甲骨文“雷”金文（

2、周）“電”1 1、雷電知識、雷電知識 （1 1）雷電現(xiàn)象）雷電現(xiàn)象 王充論衡王充論衡雷虛篇：雷虛篇：“云雨至則雷電擊云雨至則雷電擊”，明確地提出，明確地提出云與雷電之間的關(guān)系。云與雷電之間的關(guān)系。 南齊書南齊書五行志：五行志： “ “永明八年（永明八年（490490年）四月六日，年）四月六日，雷震會嵇山陰恒山保林寺，剎上四破，雷震會嵇山陰恒山保林寺，剎上四破，電火燒塔下佛面，而電火燒塔下佛面，而窗戶不異也。窗戶不異也。（佛面刷有金粉）（佛面刷有金粉）” 沈括沈括夢溪筆談夢溪筆談：“內(nèi)侍李舜舉家曾為暴雷所震，其堂之西室，雷火自窗間出，赫然出檐，人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墻壁窗紙

3、皆黔。有一木格，其中雜有一木格，其中雜儲諸器。其漆器銀扣者，銀悉熔流在地，漆器不曾焦灼。有儲諸器。其漆器銀扣者，銀悉熔流在地，漆器不曾焦灼。有一寶刀，極堅剛，就刀石中熔為汁，而室亦儼然。一寶刀，極堅剛，就刀石中熔為汁，而室亦儼然。人必謂，火當(dāng)先焚草木，然后流金石，今乃金石鑠而草木無一毀者金石鑠而草木無一毀者，非人情所測也?！?“導(dǎo)體導(dǎo)體”和和“絕緣體絕緣體”在雷電作用下的區(qū)在雷電作用下的區(qū)別。別。 方以智方以智物理小識物理小識：“雷火所及，金石銷熔，而漆器不雷火所及，金石銷熔，而漆器不壞壞?！保? 2）雷電成因）雷電成因 淮南子淮南子墜形訓(xùn)墜形訓(xùn)：“陰陽相薄為雷，激揚為電陰陽相薄為雷，激揚為電

4、”，即雷即雷電是陰陽兩氣對立的產(chǎn)物。電是陰陽兩氣對立的產(chǎn)物。 王充論衡王充論衡雷虛篇雷虛篇：“雷者雷者, ,太陽之激氣也太陽之激氣也”?！霸囈栽囈砸欢匪嘁辫T之火，氣激裂，若雷之音矣?；蚪?，必灼一斗水灌冶鑄之火，氣激裂，若雷之音矣。或近之，必灼人體。天地為爐大矣，陽氣為火猛矣，云雨為水多矣，分爭人體。天地為爐大矣，陽氣為火猛矣，云雨為水多矣，分爭激射，安得不迅？中傷人身，安得不死？。激射，安得不迅？中傷人身，安得不死？?！?明代劉基（明代劉基（1311131113751375）：“雷者，天氣之郁而激發(fā)也。陽雷者，天氣之郁而激發(fā)也。陽氣困于陰，必迫，迫極而迸，迸而聲為雷，光為電氣困于陰，必迫，

5、迫極而迸，迸而聲為雷，光為電”。（2 2）尖端放電）尖端放電 漢書漢書西域記西域記：“元始中（公元元始中（公元3 3年）年）矛端生火矛端生火” 晉代搜神記晉代搜神記：“戟鋒皆有火光，遙望如懸燭戟鋒皆有火光，遙望如懸燭”。 避雷針避雷針是尖端放電的具體應(yīng)用是尖端放電的具體應(yīng)用： 唐代王睿炙轂唐代王睿炙轂(gu)(gu)子：漢代高大建筑物的瓦飾制成動子：漢代高大建筑物的瓦飾制成動物形狀且沖天裝設(shè)物形狀且沖天裝設(shè) 古塔的尖頂多涂金屬膜或鎏金，成為導(dǎo)體，在直達(dá)地下的古塔的尖頂多涂金屬膜或鎏金，成為導(dǎo)體，在直達(dá)地下的塔心中藏一根金屬塔心中藏一根金屬“龍窟龍窟”，起到了避雷作用。，起到了避雷作用。“雷公柱

6、雷公柱” 武當(dāng)山主峰金殿武當(dāng)山主峰金殿最為奇特的地方就是它本身是良導(dǎo)體，每逢電閃雷鳴的時候，光球在金殿四周滾動，但霹靂卻擊不到金殿，金殿經(jīng)受多次雷擊后，不僅豪無損傷，無痕無跡，反而其上的煙塵銹垢被燒去，雨水一洗，輝煌如初。這一奇觀被稱為“雷火煉殿”。金殿造了已經(jīng)有六七百年了，但還是完好如初，仍然光彩奪目。 【原因：其實這是一種自然現(xiàn)象。金殿本身就是一座龐大的導(dǎo)電體，雷雨前夕，帶電荷的積雨云向金殿移動，當(dāng)達(dá)到一定距離時，云層與金殿的電位差增大，使空氣電離，金殿上的電荷與云中的電荷間頻頻閃擊，火球滾動，于是產(chǎn)生了“雷火煉殿”奇觀。古代屋脊上的避雷裝置古代屋脊上的避雷裝置法國旅行家卡勃里歐別法國旅行

7、家卡勃里歐別戴馬甘蘭戴馬甘蘭1688年所年所著的著的中國新事中國新事一書中記有：中國屋脊一書中記有：中國屋脊兩頭，都有一個仰起的龍頭，龍口吐出曲兩頭，都有一個仰起的龍頭，龍口吐出曲折的金屬舌頭，伸向天空，舌根連結(jié)一根折的金屬舌頭，伸向天空，舌根連結(jié)一根細(xì)的鐵絲，直通地下。這種奇妙的裝置，細(xì)的鐵絲，直通地下。這種奇妙的裝置，在發(fā)生雷電的時刻就大顯神通，若雷電擊在發(fā)生雷電的時刻就大顯神通，若雷電擊中了屋宇，電流就會從龍舌沿線睛行至地中了屋宇，電流就會從龍舌沿線睛行至地底，避免雷電擊毀建筑物。這說明，中國底，避免雷電擊毀建筑物。這說明，中國古代建筑上的避雷裝置，在大批量和結(jié)構(gòu)古代建筑上的避雷裝置，在

8、大批量和結(jié)構(gòu)上已和現(xiàn)代避雷針基本相似。上已和現(xiàn)代避雷針基本相似。2 2、 靜電現(xiàn)象靜電現(xiàn)象 （1 1）摩擦起電）摩擦起電 春秋緯春秋緯：“瑇瑁（玳瑁）吸瑇瑁（玳瑁）吸偌偌（細(xì)小物體）（細(xì)小物體）”。 論衡論衡：“頓牟掇芥頓牟掇芥 du gi du gi”，這里的頓牟也是指玳瑁。，這里的頓牟也是指玳瑁。 三國志三國志： “琥珀琥珀不取腐芥不取腐芥”。腐芥因含水分，已成為。腐芥因含水分，已成為導(dǎo)體，所以不被帶電琥珀吸引。導(dǎo)體，所以不被帶電琥珀吸引。 南北朝陶弘景的名醫(yī)別錄南北朝陶弘景的名醫(yī)別錄：“琥珀，惟以手心摩熱拾芥琥珀，惟以手心摩熱拾芥為真。為真?！北鎰e真假琥珀的方法辨別真假琥珀的方法 宋代張

9、邦基墨莊漫錄宋代張邦基墨莊漫錄：“皇宮中每幸諸閣，擲龍腦以辟皇宮中每幸諸閣，擲龍腦以辟（避）穢。過則以翠羽掃之，皆聚，無有遺者（避）穢。過則以翠羽掃之，皆聚，無有遺者”。孔雀毛吸孔雀毛吸引龍腦（可制香料的有機化合物碎屑）引龍腦（可制香料的有機化合物碎屑）（2 2）電致發(fā)光）電致發(fā)光（這里指摩擦起電伴隨的放電現(xiàn)象）（這里指摩擦起電伴隨的放電現(xiàn)象） 西晉張華（西晉張華（232300）博物志博物志：“今人梳頭，脫著衣今人梳頭，脫著衣時，有隨梳、解結(jié)有光者，亦有咤時，有隨梳、解結(jié)有光者，亦有咤(zha)(zha)聲聲”。世界最早世界最早記記述了梳子與絲綢摩擦起電引起的放電及發(fā)聲現(xiàn)象述了梳子與絲綢摩擦起

10、電引起的放電及發(fā)聲現(xiàn)象。 唐代段成式唐代段成式酉陽雜俎：酉陽雜俎： “貓黑者，暗中逆循其毛，即著火星?！?明代都邛明代都邛(qiong)(qiong)三余贅筆三余贅筆：“吳綾為裳，暗室中力持曳，以手摩之良久，火星直出?！? (二二) ) 中國古代對磁的認(rèn)識中國古代對磁的認(rèn)識1 1、 對磁體的認(rèn)識對磁體的認(rèn)識 前秦（前秦（公元前公元前4 4世紀(jì)世紀(jì)）管子管子：“上有慈石者，其下有銅上有慈石者，其下有銅金金”，這是關(guān)于磁的最早記載。，這是關(guān)于磁的最早記載。 鬼谷子：鬼谷子： “若慈石之取針若慈石之取針”。 呂氏春秋呂氏春秋精通：精通：“慈石召鐵，或引之也。慈石召鐵，或引之也?！边@是最早關(guān)這是最早關(guān)

11、于磁石吸鐵的記載。于磁石吸鐵的記載。 漢代高誘注漢代高誘注：“石，鐵之母也。以有慈性，故能引其子。石之石，鐵之母也。以有慈性，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也。不慈者，亦不能引也?！?在東漢以前的古籍中，一直將磁寫作慈。相映成趣的是磁石在東漢以前的古籍中，一直將磁寫作慈。相映成趣的是磁石在許多國家的語言中都含有慈愛之意。在許多國家的語言中都含有慈愛之意。2 2、 對磁性的認(rèn)識對磁性的認(rèn)識 （1） 磁體極性磁體極性： 漢朝的奕大漢朝的奕大“斗棋斗棋”（2）磁性強弱：）磁性強弱： （公元（公元5世紀(jì)）世紀(jì)）雷公炮灸論雷公炮灸論：（磁石）（磁石）“四面吸鐵一斤四面吸鐵一斤者，此名延年砂；四面只吸鐵

12、八兩者，號曰緒采石；四面者，此名延年砂；四面只吸鐵八兩者，號曰緒采石；四面只吸鐵五兩以來者，號曰磁石。只吸鐵五兩以來者，號曰磁石?！?陶弘景名醫(yī)別錄陶弘景名醫(yī)別錄：磁石：磁石“今南方亦有好者，能懸吸針，今南方亦有好者，能懸吸針，作虛連三、四為佳。作虛連三、四為佳?！笔澜缟详P(guān)于磁力測量最早的文字記載。世界上關(guān)于磁力測量最早的文字記載。 宋代蘇頌本草圖經(jīng)宋代蘇頌本草圖經(jīng):磁石“能吸鐵虛連十?dāng)?shù)針，或一、二斤刀器回轉(zhuǎn)不落者，尤真?！保?） 磁石只能吸鐵磁石只能吸鐵 淮南子淮南子：“慈石能吸鐵，及其于銅則不通矣慈石能吸鐵，及其于銅則不通矣”，“慈石之能連鐵也，而求其引瓦，則難矣慈石之能連鐵也，而求其引瓦

13、，則難矣”。不能吸金、銀、。不能吸金、銀、銅等其他金屬，也早為我國古人所知。銅等其他金屬，也早為我國古人所知。（4） 隔礙相通隔礙相通張君房云笈七簽張君房云笈七簽：“磁石吸鐵磁石吸鐵, ,間隔潛應(yīng)間隔潛應(yīng)”（5） 磁磁屏蔽屏蔽明末明末清初劉獻(xiàn)廷廣陽雜記清初劉獻(xiàn)廷廣陽雜記：“磁石吸鐵，隔礙潛通。或問余曰：磁石吸鐵，何物可以蔽之？猶子阿孺曰：唯鐵可以隔之耳。其人去而復(fù)來曰：試之果然。余曰：此何必試，自然之理也?！蔽覈钤鐚Υ牌帘蔚挠涊d。我國最早對磁屏蔽的記載。3 3、 人造磁體人造磁體 （1） “斗棋斗棋”： 淮南萬畢術(shù)淮南萬畢術(shù):“慈石提棋慈石提棋” 。原注釋說：“取雞（血），磨針鐵，以相和慈石

14、，置棋頭，局上自相投也?！薄按仁芷宕仁芷濉?。（2）摩擦帶磁：）摩擦帶磁： 沈括沈括夢溪筆談夢溪筆談：“以磁石磨針鋒，則銳處常指南，亦有指北者，恐石性亦不同”。用磁石有規(guī)律地摩擦針或其它鐵制物體，使物體帶磁（3）指南魚：）指南魚： 西晉時代出現(xiàn)。西晉時代出現(xiàn)。 北宋曾公亮武經(jīng)總要：“魚法，以薄鐵葉剪裁，長兩寸，闊五分，首尾銳如魚形，置炭火中燒之，候通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數(shù)分則止，以密器收之。用時置水碗于無風(fēng)處，平放魚在水面令浮，其首常南向午也。”4 4、 磁體的應(yīng)用磁體的應(yīng)用 （1）戰(zhàn)時用）戰(zhàn)時用 晉書晉書馬隆傳馬隆傳：“夾道累磁石，賊負(fù)鐵鏜，行不得前，夾道累

15、磁石，賊負(fù)鐵鏜，行不得前，隆卒悉被犀甲，無所溜礙隆卒悉被犀甲，無所溜礙”（2）建筑用）建筑用 漢代漢代三輔黃圖三輔黃圖：“作阿房宮前殿，東西五十步，南北五作阿房宮前殿，東西五十步，南北五十丈，上可坐萬人，下建五丈旗。以本蘭為梁，以磁石為門，十丈，上可坐萬人，下建五丈旗。以本蘭為梁，以磁石為門，懷刃者止之。懷刃者止之?！保? 3）制陶）制陶 用磁石吸取釉水中的鐵屑，燒出的瓷器潔白細(xì)膩。用磁石吸取釉水中的鐵屑，燒出的瓷器潔白細(xì)膩。（4 4）制藥和醫(yī)療）制藥和醫(yī)療 制造中藥時，采用磁引方法吸取中藥中的鐵渣。制造中藥時，采用磁引方法吸取中藥中的鐵渣。 晉代有用磁石吸出體內(nèi)鐵針的病案。晉代有用磁石吸出體

16、內(nèi)鐵針的病案。 南北朝時期的醫(yī)生陶弘景南北朝時期的醫(yī)生陶弘景“煉水，亦令人有人。煉水，亦令人有人?！?神農(nóng)本草經(jīng)神農(nóng)本草經(jīng)：“慈石，味辛寒，主周痹風(fēng)濕，肢節(jié)中痛，不可持物，除大熱煩滿及耳聾。” 本草綱目本草綱目：“慈石三十兩，白石英二十兩，槌碎甕盛，水二斗浸于露地。每日取水作粥食，經(jīng)年氣力強盛，顏如童子?！?戰(zhàn)國時“自煉五石” 5 5、 司南和指南針?biāo)灸虾椭改厢?弗蘭西斯弗蘭西斯培根新工具培根新工具：“印刷術(shù)、火藥和指南針這三種發(fā)明已經(jīng)在世界范圍內(nèi)把事情的全部面貌和情況都改變了：印刷術(shù)是在學(xué)術(shù)方面，火藥是在戰(zhàn)爭方面，指南針是在航海方面；并由此又引起難以數(shù)計的變化來；竟至任何帝國、任何宗教、任何

17、星宿（顯赫人物）對人類事務(wù)的力量和影響都仿佛無過于這些機械性的發(fā)現(xiàn)?！?卡爾卡爾馬克思馬克思：“火藥、指南針、印刷術(shù)這是預(yù)告資產(chǎn)階級社會到來的三大發(fā)明?；鹚幇羊T士階層炸得粉碎，指南針打開了世界市場并建立了殖民地，而印刷術(shù)則變成新教的工具，總的來說變成科學(xué)復(fù)興的手段，變成對精神發(fā)展創(chuàng)造必要前提的最強大的杠桿?！保C器、自然力和科學(xué)的應(yīng)用）（1 1）司南）司南 韓非子韓非子：司南的最早記載司南的最早記載 “故先王立司南，以端朝夕故先王立司南，以端朝夕”。 鬼谷子鬼谷子： “鄭子取玉，必載司南，為其不惑也鄭子取玉，必載司南，為其不惑也”。 東漢王充東漢王充論衡論衡： “司南之杓（司南之杓（shaos

18、hao勺子），投之于地（中央光滑的地盤），勺子），投之于地（中央光滑的地盤），其柢（其柢（didi勺的長柄）指南勺的長柄）指南”。不言而喻，司南的指向性較不言而喻，司南的指向性較差 。 北 宋 時 曾 公 亮 與 丁 度差 。 北 宋 時 曾 公 亮 與 丁 度（99099010531053）編撰的）編撰的武經(jīng)武經(jīng)總要總要（10441044年）在前集卷十年）在前集卷十五記載了指南魚的使用及其制五記載了指南魚的使用及其制作方法，極為清晰地論述了熱作方法，極為清晰地論述了熱退磁現(xiàn)象的應(yīng)用。當(dāng)燒至通赤退磁現(xiàn)象的應(yīng)用。當(dāng)燒至通赤時，溫度超過居里點，磁疇瓦時，溫度超過居里點，磁疇瓦解，這時成為順磁體。再

19、用水解，這時成為順磁體。再用水冷卻，磁疇又重新恢復(fù)。這時冷卻，磁疇又重新恢復(fù)。這時魚尾正對子位（北方），在地魚尾正對子位（北方），在地磁場作用下，磁疇排列具有方磁場作用下，磁疇排列具有方向性，因而被磁化。從司南到向性，因而被磁化。從司南到指南魚，無疑是一個重大進(jìn)步，指南魚，無疑是一個重大進(jìn)步，但在使用上仍多有不便。但在使用上仍多有不便。（2）指南指南魚魚（3 3）指南針）指南針 沈括的夢溪筆談沈括的夢溪筆談：我國古籍中關(guān)于指南針的最早記載我國古籍中關(guān)于指南針的最早記載介紹了指南針的四種用法介紹了指南針的四種用法。“方家方家以磁石磨針鋒以磁石磨針鋒，則能指南，則能指南，然常微偏東，不全南也。然常

20、微偏東，不全南也。水浮水浮多蕩搖，多蕩搖，指爪指爪及及碗唇碗唇上皆可為之，上皆可為之，運轉(zhuǎn)尤速，但堅滑易墜，不若運轉(zhuǎn)尤速，但堅滑易墜，不若縷懸縷懸為最善。為最善。 磁針的制作，采用了人工磁化方法。磁針的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南針的出現(xiàn)，正是由于指南針的出現(xiàn)，沈括最先發(fā)現(xiàn)了磁偏現(xiàn)象沈括最先發(fā)現(xiàn)了磁偏現(xiàn)象，“常微常微偏東，不全南也偏東，不全南也”。 南宋南宋陳元靚陳元靚事林廣記事林廣記：“造指南龜指南龜。以木刻龜子一個，一如前法制造，但于尾邊敲針入。用小板子，上安以竹釘子，如箸尾大；龜腹下微陷一穴，安釘子上，撥轉(zhuǎn)常指北。須是針尾后。” 木龜有固定支點的裝置木龜有固定支點的裝置。由水浮

21、由水浮改為支撐，對于指南儀器這是在改為支撐，對于指南儀器這是在結(jié)構(gòu)上的一次較大改進(jìn)，為將指結(jié)構(gòu)上的一次較大改進(jìn)，為將指南針用于航海提供了方便條件。南針用于航海提供了方便條件。 宋代朱彧的萍洲可談宋代朱彧的萍洲可談：“舟師識地理，夜則觀星，舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針晝則觀日，陰晦觀指南針”。最早最早關(guān)于關(guān)于指南針用于航海的指南針用于航海的記錄記錄。到了明代，遂有鄭和下西洋，遠(yuǎn)洋航行到非洲東海到了明代，遂有鄭和下西洋，遠(yuǎn)洋航行到非洲東海岸之壯舉。岸之壯舉。 西方西方“關(guān)于指南針航海的記載，是在關(guān)于指南針航海的記載，是在12071207年英國納肯年英國納肯（A. NeckamA.

22、Neckam，1157115712171217）的論器具中。）的論器具中。6 6、磁的本質(zhì)、磁的本質(zhì) 沈括夢溪筆談沈括夢溪筆談: : “ “磁石之指南，猶柏之指西，磁石之指南，猶柏之指西，莫可原其理莫可原其理?！保ň矶模ň矶碾s志一）雜志一） “以磁石磨針鋒，則銳處常指南，亦有指北者，恐石性亦以磁石磨針鋒，則銳處常指南，亦有指北者，恐石性亦不同，如夏至鹿角解，冬至麋角解，南北相反，理應(yīng)有異，不同，如夏至鹿角解，冬至麋角解，南北相反，理應(yīng)有異，未深考耳。未深考耳?！眽粝P談夢溪筆談. .補筆談卷三藥議）補筆談卷三藥議） 遺憾的是，中國古代關(guān)于磁的認(rèn)識盡管極為豐富，但關(guān)于遺憾的是，中國古代關(guān)于磁的認(rèn)識盡管極為豐富，但關(guān)于磁現(xiàn)象的本質(zhì)及解釋，往往又是含糊的，缺乏深入細(xì)致的研磁現(xiàn)象的本質(zhì)及解釋，往往又是含糊的，缺乏深入細(xì)致的研究。就連被稱作究。就連被稱作“中國科學(xué)史上的坐標(biāo)中國科學(xué)史上的坐標(biāo)”的沈括，對磁現(xiàn)象的沈括，對磁現(xiàn)象也認(rèn)為，也認(rèn)為，“莫可原其理莫可原其理”，“未深考耳