中华民族很早就认识到了磁现象，磁学是一个历史悠久的研究领域。指南针是中国古代四大发明之一，古代中国在磁的发现、发明和应用上还有许多都居于世界首位，可以说中国是指南针的故乡。 　　公元前3世纪，战国时期，《韩非子》中这样记载：“先王立司南以端朝夕”。《鬼谷子》中记载：“郑人取玉，必载司南，为其不惑也”。 　　公元1世纪，东汉王充在《论衡》中写道：“司南之杓，投之于地，其柢指南” （图1）。

图1 司南

	图2 磁偏角	公元11世纪，北宋沈括在《梦溪笔谈》中提到了指南针的制造方法：“方家以磁石磨针锋，则能指南......水浮多荡摇，指抓及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬之最善。”同时，他还发现了磁偏角，即：地球的磁极和地理的南北极不完全重合（图2）。 　　可见，磁石的发现、磁石吸铁的发现、磁石指南和最早磁指南器(司南)的发明、指南针的发明和应用、地球磁偏角的发现、地球磁倾角的利用、磁在医药上的应用，北极光地球磁现象和太阳黑子太阳磁现象的发现和最早最多的记载等，都是中国最早发现、发明、应用和记载的，或者居于世界的前列。这里仅介绍中国在司南和指南针的发明、指南针在航海中的最早应用。

	司南和指南针的发明

图3 司南模型

司南是我国春秋战国时代发明的一种最早的指示南北方向的指南器，还不是指南针。根据春秋战国时期的《韩非子》书中和东汉时期思想家王充写的《论衡》书中的记载，以及现代科学考石学家的考证和所制的司南模型（图3），说明司南是利用天然磁石(古代称慈石，用慈爱来描述磁石吸铁现象)制成汤勺形，由其勺柄指示南方。而在春秋战国时期的《管子》书中和《山海经》书中便有了关于慈石的记载，而在这一时期的《鬼谷子》书中和《吕氏春秋》书

	中还进一步有了慈石吸铁的记载。这可以说是古代最早的磁指南器，现在北京的中国历史博物馆和其他地方的许多博物馆都有司南的模型展出。这里要指出关于指南车的问题，历史上传说黄帝(约公元前47世纪)和西周周公(约公元前21世纪)曾制造和使用指南车，但是经过后来的文献考证和模型制作试验，都已证明指南车与指南针没有关系，汉代以后的指南车是依靠机械结构，而不是依靠磁性指南的。现在北京的中国历史博物馆中也有指南车的模型展出（图4）。	图4 指南车

司南是利用天然磁石制造的，在矿石来源、磨制工艺和指向精度上都受到较多的限制，因此到了北宋时代，由于军事和航海等需要和材料与工艺技术的发展，先后利用人造的磁铁片和磁铁针以及人

图5 沈括

工磁化方法制成了在性能和使用上比司南先进的指南鱼和指南针。指南鱼的制法最早出现在北宋的《武经总要》(公元1044年)书中，大意是将铁片剪成首尾两端尖锐的鱼形，放在炭火中烧红后取出，使尾部指向北方斜放入水中。将这样制成的指南鱼放在水碗中便可指示南北方向。可以看出，这种长期经验积累的制造方法是符合科学原理的：首先利用水中淬火产生相变和(地)磁场热处理可以提高指南鱼铁片的磁性和矫顽力，其次利用首尾两端尖锐的长条形铁片可以提高指向精度和减小退磁因数，再次是利用铁片向北倾斜放入水中淬火能更接近地(球)磁场倾角即接近总地磁场方向，可以提高磁场热处理的效果。

在指南鱼发明后不久，又发明了一种意义更重大、制法更简单使用更方便和用途更广泛的指南针。最早是北宋的著名政治家和科学家沈括(图5)在其著作《梦溪笔谈》(公元1086年)中记述的，大意是利用天然磁石磨铁针，受磨的铁针就能指向南方。有4种指南针的用法：将指南针放在指甲上的指爪法[图6(1)]，将指南针放在碗口边上的碗唇法[图6(2)]，将指南针悬挂在新蚕丝上并用蜡粘住的缕悬法[图6(3)]，将指南针横贯灯尺而浮水面的浮针法[图6(4)]。还记述指南针并不完全指南，而是略微东。这就是磁偏角现象。这表明当时对于指南针的指向观察是很仔细的。

图6 指南针