古代电磁

这里的电磁不是作为物理概念的电磁学，而是指我国古人研究和记载的电现象和磁现象。我国古代对电的研究是从关注雷电现象开始的，而且在避雷技术上有许多创建。

同时，古代先民还将电现象与磁现象联系在一起，通过对地光和极光等的记载，为今人留下了丰富而有价值的史料。

磁石显而易见的特性就是它的吸铁性。古人利用磁石的这个特性，进而掌握了人工磁化技术，发明了指南针，开世界磁性导航之先河，为人类古代文明作出了巨大的贡献。

对雷电现象的认识

大自然中的雷电现象，早就引起了我国先民们的关注和研究，并被记载下来，从而大大地丰富了人们对电的认识，并对后世产生了深远影响。

我国古代对电现象的认识，是从雷电现象开始的。随后，在建筑物上设置了许多避雷装置，既有传统建筑的艺术魅力，也是电学领域的一个创举。

雷公和电母是神话传说中的一对天神。他们两人司掌天庭雷电。传说雷公视力差，难辨黑白；夫人电母寸步不离，捧着镜子，先行探照，明辨是非善恶后，雷公才行雷。

电母和雷公成了天生的一对。雷公面目狰狞，电母相貌端雅。雷公手持槌楔，电母手持双镜。他们一旦做法，就乌云密布，狂风大作，飞沙走石。

雷公投下一个大响雷，就会“轰隆”一声震耳巨响，恶人便身首异处。

传说雷公住在雷泽，他龙首人身，有一个硕大无比的肚子，他常常拍自己的肚子来娱乐。每拍一下，就会发出“轰轰”的雷声。

雷神因为自己肚子的特别之处被黄帝看中了，于是就被抓来做成一面大鼓。但没有了雷神也不行，黄帝就找了雷神的一个亲戚来充当他的角色。

这个新雷神皮肤的颜色好像朱砂，眼光灼灼如闪电，身上的毛和角有3尺长，形状好像一只猕猴。于是在后来的传说中，雷公最突出的特征就是猴脸和尖嘴，俗称“雷公脸”。

在这个神话中，一方面体现了古人对自然现象最原始的认识；另一方面表达了人们惩恶扬善的愿望。而我国古代学者对于电的认识，恰恰就是从雷电现象开始的。

我国古代对雷电的认识由来已久。远在殷商时期的甲骨文卜辞中，就已经出现了“雷”字。“雷”字最上面一横表示天，最长的一竖表示雨，里面的小点也是雨；下面的“田”字表示田野，由于当时实行的是“井田制”，所以写成了“田”。

而整个“雷”字则表示下雨时，在田野上空发出的雷声。

在西周时期的青铜器上，也已经出现了“电”字，繁体“电”字的上面是个“雨”字，下面是个“电”字。整个“电”字不但表示了人们在田野上空所见到的强烈闪光的形状，而且还表示了只有在下雨时才能够看到这种闪光。

虽然这里的“电”字是专指闪电，但是它已经向我们传递了这样一个科技信息：古代的先民们不但用文字的形式，形象地描画了闪电，而且还明确表示了它的出现与下雨有关。

古代对雷电形成的原因也有认识。在汉代以前的书籍中，就已对许多发生过的雷电现象进行了记载，并对其形成的原因及其本质进行了探讨，先后提出过多种不同的解释。

东汉时期的王充在《论衡·雷虚篇》中也用类似的观点来解释雷电的成因。他明确指出：

夏天阳气占支配地位，阴气与它相争，于是便发生碰撞、摩擦、爆炸和激射，从而形成雷电。

王充还用具体的实例来说明雷电就是火，驳斥了当时盛行的雷电为“天公发怒”之说。特别是他能把对各种物质现象的观察联系起来思考，并作出概括，反驳谬论，反映了一个无神论者的思考和判断。

唐代以后，人们关于雷电现象的成因又有了新的认识。唐代的孔颖达在《左传·疏》中说：“电是雷光”。

对于雷电的巨大威力，宋代理学家朱熹的解释更有趣，他说雷电是“阴阳之气，闭结之极，忽然迸散出”。用现在的物理语言表示，这就是说当阴阳二气的能量积累达到一定的极限值时，这些能量便会在极短的时间内爆发，于是就见到了闪电，听到了雷声。

元末明初思想家刘伯温在其著作《刘文正公集》中说道：“雷何物也？曰雷者，天气之郁而激发也，阴气团于阳，必迫，迫极而迸，进而声为雷，光为电。”这段话基本上是对前人关于雷电成因所作出的一系列解释的归纳性总结。

对雷击过程中出现的一些现象，我国古代的学者们也曾做过详细的记载，并提出了他们通过仔细观察后所得出的分析结果。

从南北朝中期开始，直至明末清初，这方面的记载屡见不鲜。例如490年编撰的《南齐书·五行志》中就有记载：“雷震会稽山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不弄也。”

用今天的电学知识来分析，落雷时，云层与地面之间放电，佛面一般涂有金粉，是一层导体，强大电流通过时将产生高温使其发热以致熔化。

木制的窗户其绝缘性能一般都比较好，尤其是刷过油漆的窗户，如不遭受雨淋，一般不会遭受雷击而能保持原样。

北宋时期科学家沈括对上述类似现象的记载更为详细，他在《梦溪笔谈·神奇》中，记述了内侍李舜举家的房屋在遭受暴雷雷击以后，房屋各处都保持原样，只有墙壁和窗纸都变黑了，屋内木架上放置的各种器皿，其中有镶银的漆器，银全部熔化流在地面上，而漆器却没有被烧焦。

有一把质地很坚硬的钢刀，在刀鞘中熔为钢水，但刀鞘却保持原样。于是沈括就用佛家的“龙火”与“人火”来解释这一奇特现象。

这里所谓的“龙火”实指雷火，意思是说雷火因为有水而更“炽”。沈括通过雷电对金石和草木作用的不同效果，实际上已经描述了导体与绝缘体之间的区别。

明代也有此类记载。明代末期科学家方以智根据这些记载，得出了这样的结论：“雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。”这比前人讲得就更加明确了。

尖端放电也是一种常见的电现象。古代兵器多为长矛、剑、戟，而矛、戟锋刃尖利，常常可导致尖端放电发生，因而这一现象多有记述。

早在汉代，人们就已经开始对尖端放电现象进行观察记录了。《汉书·西域传》记载，金属制成的长矛尖端，在一定条件下有放电现象。

这个记载至少证明：我国至迟在东代，就已经观察到雷雨过程中的尖端放电现象，这比西方要早1600多年。

我国早在战国时期就可能知道雷击是可以避免的，根据古代文献记载，其时已经出现了用大青石建造的“避雷室”。

南北朝时期刘宋朝的盛弘之在《荆州记》中对此作过描述：“湖阳县，春秋蓼国樊重只国也。重母畏雷，为母立石室以避之，悉以文石为阶砌，至今犹存。”

古代人其实并不知道绝缘避雷的道理。他们建造石室，仅以为大青石坚固，不易为雷所劈裂罢了。但它表明，当时我国已经能采用适当的措施来躲避雷击了。

在《汉书·五行志》中，记有“文帝七年六月癸酉，未央宫东阙灾”、“太初元年，柏梁台灾”等数十条这样的记录。在柏梁台遭雷击后重建时，有个方士向汉武帝提出在屋顶设“鸱尾”的防雷击方法。

“鸱尾”就是在屋脊上安装一些由铜铁所制，状如牛角一样的金属尖端刺向天空的装置。

经过长达数千年的变化，“鸱尾”已有多种外形。有变为龙形物以铁制龙舌或龙须，龙尾刺向天空的；也有呈鸟鹊或雄鸡状。虽然这些安装在屋脊上的装饰物的外形都不尽相同，但是它们都有几条铁制尖端物刺向天空，这就是它们共同的特点。

除了“鸱尾”外，在我国古代的许多建筑物上还设置有各种动物形状的瓦饰，尤其是那些昂首向上伸舌并涂有一层金属涂料的吻兽，实际上已经起到了避雷的作用。

例如，江苏省高淳县固城湖西北有一“保圣寺塔”，建于239年，总高31.5米。塔顶就有4米高的铁制古刹，是由覆钵、相轮、宝葫芦等几部分组成。该塔长期以来虽多次损坏，却未遭雷击，看来塔顶铁刹也起了避雷的作用。

在我国古代的许多高大殿宇的建筑群中，常有所谓的“雷公柱”之类的设置，而这些设置通常是采用一些容易导电的材料直达地下，这实际上就是最原始的“避雷针”。

明代初期朱元璋定鼎金陵之后，曾派大臣到北京去捣毁元帝的旧宫。参与此事的工部侍郎萧询后来写有《故宫遗事》一书，记录了他当时在北京的见闻。

据该书记载，他在北京万寿山顶的广寒殿旁曾亲眼见到了金章宗所立的“镇龙铁杆”。

金章宗在“广寒殿”避暑时，由于夏天多雷，就不能不考虑位于山顶建筑物的防雷问题。铁杆上端的“金葫芦”呈尖端状，铁杆又使金葫芦和大地相通；因而所谓的“镇龙”，实际就是“避雷”。

萧询所见到的就是为“广寒殿”免遭雷击而建造的“镇龙铁杆”，这可以说是世界上最早的“避雷针”。其建造时间要比富兰克林发明的避雷针早数百年。

磁现象与电现象记载

古代关于磁学的知识相当丰富。我们祖先对磁的认识，最初是从冶铁业开始的。古籍中记载了很多有关磁学知识。磁与电有本质上的联系。古代对于某些静电现象的记载，如摩擦起电、地光与极光的电磁现象等，这恰恰是和磁现象相并列的。

在我国古代，大约在春秋末期成书的《管子·地教篇》、战国时期的《鬼谷子》、战国末期的《吕氏春秋》等，都曾记述了天然磁石及其吸铁现象，还记述了世界上最古老的指南针“司南”。

秦始皇统一全国之后，自觉功绩可以与三皇五帝相比。他嫌都城咸阳的宫室太小，不足以展现自己君临天下的威仪，就在公元前212年，下令在王家园囿上林苑所在的渭河之南、皂河之西，建造规模庞大的宫殿群落阿房宫。

相传当年秦始皇在建造阿房宫北阙门时，令能工巧匠们“累磁石为之”，故称“磁石门”。磁石门运用了“磁石召铁”的原理，类似现代的安全检查门。

磁石门的作用，一是为了防止行刺者，在入门时以磁石的吸铁性能使隐甲怀刃者不能通过；二是为了向“四夷朝者”显示神奇，使其惊恐却步，不敢有异心，故也称“却胡门”。

磁石门的营造，反映了秦国高超的科学技术水平。这在我国乃至世界历史上尚属首创，可以算得上是世界科技史上的一大创举。

其实远在2000多年前，我国古代劳动人民就开始同磁打交道。人们在同磁石不断接触中，逐渐了解到它的某些特性，并且利用这些特性来为人类服务。

古人在寻找铁矿的过程中，必然会遇到磁铁矿，就是磁石。我国古籍中关于磁石的最早记载，是在《管子·地数》一书中，古代人把磁石的吸铁特性比作母子相恋，认为“石，铁之母也。

以有慈石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也”。因此，汉代初期，都是把“磁石”写成“慈石”。对于磁石吸铁这一问题，宋代道士陈显微和道教学者俞琰曾经作过探讨，认为磁石所以吸铁，是有它们本身内部的原因，是由铁和磁石之间内在的“气”的联系决定的，是“神与气合”使然。

明代末期地理学家刘献廷在他的《广阳杂记》一书中也认为，磁石吸铁是由于它们之间具有“隔碍潜通”的特性。刘献廷还把铁的磁屏蔽作用理解为“自然之理”。

这种力图用自然界本身来解释自然现象的观点是唯物主义的。考虑到当时的科学水平，也只能作出这样解释。

我国古代还把磁石吸铁性应用于生产上。清代乾隆年间进士朱琰著的《匋说》记有古代烧白瓷器的时候，用磁石过滤釉水中的铁屑。因为素瓷如果沾有铁屑，烧成后就会有黑斑。

磁石也应用于医疗上，明代医学家李时珍的《本草纲目》记载，宋代的人用磁石吸铁作用来进行某种外科手术，如在眼里或口里吸收某些细小的铁质异物。这在现代已经发展为一种专门的磁性疗法，对关节炎等疾病显示出良好的疗效。

我国关于地球磁场可以磁化铁物的记载，也见于一些著作中。如明代方以智的《物理小识》卷8《指南说》的注中引滕揖的话：“铁条长而均者，悬之亦指南。”

磁偏角、磁倾角和地磁场的水平分量称作“地磁三要素”。欧洲人对磁偏角的发现是在哥伦布海上探险途中的1492年，磁倾角的发现还要晚一些。而我国对磁偏角、磁倾角的发现都要早得多。

北宋时期官修军事著作《武经总要》所记述的制指南针法，是包含有一定的地磁学知识的。甚至有关磁倾角的知识也反映在这种磁化法中。既然指南针在磁化过程中要北端向下倾斜，这就隐含着当时的人们已经意识到有个倾角的存在。

至今所发现的有关磁偏角的比较权威的文献记载，是北宋时期沈括的《梦溪笔谈》。

沈括在磁学上的贡献有如下3点：一是给出了人工磁化方法，二是在历史上第一次指出了地磁场存在磁偏角，三是讨论了指南针的4种装置方法，为航海用指南针的制造奠定了基础。另外，沈括对大气中的光、电现象也进行了研究。

从后来的地磁学发展知道，磁偏角是随地点的变化而变化的，而同一地点的磁偏角大小又随时间的推移而不断改变。这些变化是由于地磁极不断变动所致。

至南宋时期，磁偏角因地而异的情况有了更明确的记载，并且被应用到堪舆罗盘上。

至元明清时期，堪舆罗盘也都设有缝针，而且不同时期、不同地域所制的罗盘的缝针方位也都不一致。这可以看成是我国古代关于偏角因时、地而变化的原始记录。

在物理学上，磁与电有着本质上的联系。我国古人把磁现象与静电现象联系在一起，并且统一地归结为“气”，是有意义的。后来人们对于静电吸力的观察更加深入了，发现了一些特别的情况。

比如三国时期，人们已经知道“琥珀不取腐芥”。“琥珀”是一种树脂化石，绝缘性能很好，经过摩擦后就能吸引轻小物品。这个现象，汉代以来就为人们所熟知。

“腐芥”是指腐烂了的芥籽，必定满含水分，因而具有黏性，容易粘着别的物体上，难以吸动。

另外，腐芥上蒸发出水气使周围空气以及和它接触的桌面都潮湿，以致易于导电。当腐芥接近带电体，因感应而产生的电荷，容易为周围的潮湿空气传走，所以静电吸力一定很小。

可见“琥珀不取腐芥”不但是事实，而且是符合电学原理的，也是人们深入观察研究摩擦起电现象所得到的一个结论。

古人认为，琥珀经过人手的摩擦，容易起电，才是真的琥珀。可见，古人已经知道以是否具有明显的静电性质，作为鉴别真假琥珀的标准，这是初步的电学知识的实际应用。

摩擦起电在一定条件下，能够发生火星，并伴随轻微的声响。这种称为“电致发光”的现象，在古代也时有发现与记录。

晋代张华《博物志》记载：“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声。”这里记载了两个现象，一个是梳子和头发摩擦起电，另一个是外衣和不同原料的内衣摩擦起电。

古代的梳子，有漆木、骨质或角质的，它们和头发摩擦是很容易起电的；丝绸、毛皮之类的衣料，互相摩擦也容易起电。当天气干燥，摩擦强烈时，确实能有火星与声响。

当然这火星与声响是十分微弱的，古人能觉察到，说明十分仔细、认真。

古代观察到的电磁现象，比较有代表性的除了雷电以外就是地光与极光。

我国古代关于地光的记载，以各地方志里为最多，例如：《成都志》记载，293年2月4日，成都发生地震之前，“有火光入地”；《正德实录》记载，1513年12月30日，四川“有火轮见空中，声如雷，次日戊戌地震”；《颍上县志》记载，1652年3月24日，安徽颍上地震发生时，“红光遍邑”等。

所有这些文字里的“火光”、“火轮”、“红光”等都是古人形容地光的名词。

上述这些记载是如此确切、生动，它们是科学史上极其珍贵的资料。它们的意义在于地光能够反映岩层的活动，和地震有着密切的内在联系，尤其是有助于临震预报。

极光分为北极光和南极光。我国地处北半球，故只能看到北极光。高纬度地区看到极光的机会比较多，但在中低纬度地区偶尔也可以看到，不过亮度要弱得多。

一般认为极光的原因在于：太阳发射出来的无数带电粒子受到地球磁场的作用，运动方向发生改变，它们沿着地球磁力线降落到南、北磁极附近的高空层，并以高速钻入大气层，这些带电粒子跟大气中的分子、原子碰撞，致使大气处于电离并发光，这就是极光。

各种原子发出不同的色光，所以极光呈现五彩缤纷的颜色，一般为黄绿色，但也有白色、红色、蓝色、灰紫色，或者兼而有之。

我国古代关于极光的记载很早。远在几千年前传说的黄帝时期曾出现过“大电光绕北斗枢星”。

战国时期的《竹书纪年》记录了大约发生在公元前950年的一次极光：“周昭王末年，夜清，五色光贯紫微。其年，王南巡不返。”描述了极光的时刻、方位和光色，是我国最早而翔实的极光记载，比西方早了600多年。我国古代关于极光的记载是很丰富的。当时没有极光的名称，而是根据各种极光现象的形状、大小、动静、变化、颜色等分别加以称谓。

这种分类命名法，最早见于《史记·天官书》，可见至少已有2000多年的历史了。

极光是研究日地关系的一项重要课题，它跟天体物理学和地球物理学都有密切的关系。古代记载下来的极光史料，可以帮助人们了解过去太阳活动、地磁、电离层等变动的规律，还可以探讨古地磁极位置的变迁过程。

人工磁化法的发明

我国很早就发现了天然磁石能够指示南北的特性，进而掌握了人工磁化技术。这在磁学和地磁学的发展史上是一件大事，也对指南针的应用和发展起了巨大的作用。

人工磁化方法，是我国古代劳动人民通过长期的生产实践和反复多次的试验而发明的，这在磁学和地磁学的发展史上是一个飞跃。

汉武帝好神仙，所以汉武帝一朝涌现出了许多有名的术士。当时有个方士栾大，这个人喜欢说大话，夸海口时连眼睛都不眨。

有一天，栾大对汉武帝说：“我曾经出海神游，和仙人相见。这些仙人身藏仙药，人吃了可以长生不老。”

汉武帝对栾大的话将信将疑。栾大自告奋勇先表演一个小方术，让汉武帝验明正身，开开眼界。

栾大表演的是斗棋。他事先用鸡血、铁屑和磁石掺在一起，捣好后涂在棋子上面。表演的时候，他把棋子摆放在棋盘上，故意念念有词，棋子由于磁力吸引，互相撞击不停。

不知就里的汉武帝和在场的人看得眼花缭乱，以为有神力驱使，禁不住连声喝彩。遂拜栾大为“五利将军”，并让栾大赶紧去东海向神仙求长生不老药。

焦灼的汉武帝询问栾大何时入海。

栾大不敢冒着生命危险入海，就到泰山做法事去了。

栾大欺骗汉武帝的本领确有独到之处，他能让棋子在磁棒牵引下互相撞击，但同时也说明他对磁铁很有认识的。

其实，栾大斗棋所用的方法，是古书中记载的人工磁化法之一，即“磁粉胶合法”。

古人对于磁铁的认识和利用由来已久，而且掌握了一定的人工磁化法。我国古籍中有关人工磁化法的记载，基本上有3种：磁粉胶合法、地磁感应法和摩擦传磁法。

磁粉胶合法始于汉代。西汉《淮南万毕术》说“慈石提棋”，其做法是用起润滑作用的鸡血磨针，将磨针时所得的鸡血与铁粉混合物中拌入磁石粉末，涂在棋子表面。晾干后摆在棋盘上，会出现棋子相互吸引或相互排斥现象。

很明显，这种棋子已成为人造磁体。

从理论上看，每颗磁石粉末均具有极性，掺入铁屑能大大增强磁畴。将磁粉与铁粉粘在棋子上，放在地磁场中慢慢晾干，在晾干过程中，每个磁石与铁的小颗粒必循着地球磁感应线作有规则的排列，棋子会显极性，它能与磁石相吸或相斥。

南宋时期庄绰在《鸡肋篇》就曾写道：“捣磁石错铁末，以胶涂瓢中各半边”，“以二瓢为试，置之相去一二尺，而跳跃相就，上下宛转不止。”

明代方以智也记载过类似的事。结合起来看，古代也许确实使用磁粉胶合法制成的人造磁体。

地磁感应法最典型的应用就是北宋《武经总要》所记述的制指南鱼法。这个关于地磁感应法，是世界上人工磁化方法的最早实践。

这一方法的原理是：首先把铁叶鱼烧红，让铁鱼内部的分子动能增加，从而使分子磁畴从原先的固定状态变为运动状态。

其次，铁鱼入水冷却时必须取南北方向，这时铁鱼就被磁化了。现在分析起来是很有道理的。因为这样使鱼更加接近地磁场方向，最大限度地利用地磁感应。可见在这里已经意识到地磁倾角的存在。

再次，“蘸水盆中，没尾数分则止”，使它迅速冷却，把分子磁畴的规则排列固定下来，同时也是淬火过程。

最后，指南鱼不用时要放在一个铁制的密闭盒中，以形成闭合磁路，避免失磁，或者顺着一定方向放在天然磁石旁边，继续磁化。

这种磁化法完全是凭经验得来的，但是它是磁学和地磁学发展的重要一环，比欧洲用同样磁化方法早了400多年。

利用地磁场进行人工磁化所得到的磁性还是比较低的，这就限制了这种人工磁体的实用价值。后来，人们又发明了摩擦传磁法。这种人造磁体的方法最早见于北宋沈括所著的《梦溪笔谈》。

沈括《梦溪笔谈》说道：“方家以磁石磨针锋，则能指南。”意思是说，专门研究物理的人用磁石摩擦针锋，能够使铁针带上磁性。这种方法，简便易行，它的发现与推广，对于磁体的获得与应用，首先是指南针的生产、应用，起到重大的作用，其价值是无可估量的。

在现代电磁铁出现以前，几乎所有的指南针都是用这种方法制成的。就是在今天这种方法仍然有人使用。

在西方，直至1200年古约特才记载了利用天然磁石摩擦铁针制作的指南针的方法，比北宋时期沈括的记载晚了一个多世纪。

由于对磁体性质认识的深化和人造磁体的发明，使得磁体的应用成为可能。古代对于磁体的用途是相当广泛的，除了上述磁指南器外，磁体也被用到军事上去。

晋武帝时，鲜卑首领秃发树机能攻陷凉州。晋武帝命名将马隆为讨虏护军。马隆受命后，于道路两旁堆积磁石，吸阻身着铁铠的秃发树机能部众，使其难以行进。而晋军均被犀甲，进退自如。马隆军转战千余里，杀秃发树机能，凉州遂告平定。马隆以磁石吸阻披甲敌军是否属实，当然还要研究，但至少可以当作设计思想来看。

在生产上，磁体被用于制陶、制药等工艺中，以吸去掺在原料中的铁屑，保证产品的纯净洁白。

我国是世界上采用磁疗治病最早的国家。公元前180年，汉代史学家司马迁在《史记·扁鹊仓公列传》中记载：“齐王侍医遂病，自炼五石服之，口中热不溲者，不可服五石。”其中的“五石”是指磁石、雄黄、曾青、丹砂和白矶。

以上史实说明，我国古代在认识和应用磁石方面，相当长的一段时间里，是走在世界前列的。

指南针的发展与演变

指南针是我国四大发明之一。它经过漫长的岁月，跨过了司南和指南鱼两个发展阶段，最终发展成一种更加简便、更有实用价值的指向仪器。

我国是最早将指南针用于航海的国家。南宋后，罗盘在航海中普遍使用，约12世纪末13世纪初，我国指南针由海路传入阿拉伯，又由阿拉伯传到欧洲。

最初的指南针古人称它“司南”。“司南”是指南的意思。它是用天然磁石制成的。

磁石的南极磨成长柄，放在青铜制成的光滑如镜的地盘上，再铸上方向性的二十四向刻纹。这个磁勺在地盘上停止转动时，勺柄指的方向就是正南，勺口指的方向就是正北，这就是传统上认为的世界上最早的磁性指南仪器。

随着社会生产力的不断发展，科学技术的不断进步，航海业的不断扩大和发展，制造出一种比司南更好的指向仪器不但成为必要，而且也有了可能。

在经过劳动人民长期的生产实践和反复多次的试验之后，人们终于发现了人工磁化的方法，这样就产生了更高一级的磁性指向仪器。

北宋初年已经出现了指南鱼和指南针。指南鱼在行军需要的时候，只要用一只碗，碗里盛半碗水，放在无风的地方，再把铁叶鱼浮在水面，就能指南。但是这种用地磁场磁化法所获得的磁体磁性比较弱，实用价值也比较小。

指南针是以天然磁石摩擦钢针制得。钢针经磁石摩擦之后，便被磁化，也同样可以指南。

南宋时期学者陈元靓在他所撰的《事林广记》中，也介绍了当时民间曾经流行的有关指南针的两种装置形式，就是木刻的指南鱼和木刻的指南龟。

木刻指南鱼是把一块天然磁石塞进木鱼腹里，让鱼浮在水上而指南。

木刻指南龟的指向原理和木刻指南鱼相同，它的磁石也是安在木龟腹，但是它有比木鱼更加独特的装置法，就是在木龟的腹部下方挖一小穴，然后把木龟安在竹钉子上，让它自由转动。

这就是说，给木龟设置一个固定的支点。拨转木龟，待它静止之后，它就会南北指向。

正如在使用司南时需要有地盘配合一样，在使用指南针的时候，也需要有方位盘相配合。

最初，人们使用指南针指向可能是没有固定的方位盘的，但是不久之后就发展成磁针和方位盘联成一体的罗经盘，或称“罗盘”。方位盘仍是汉时地盘的二十四向，但是盘式已经由方形演变成环形。罗盘的出现，无疑是指南针发展史上的一大进步，只要一看磁针在方位盘上的位置，就能定出方位来。南宋时期学者曾三异在《同话录》中说道：

地螺或有子午正针，或用子午丙壬间缝针。

这里的“地螺”就是地罗，也就是罗盘。这是一种堪舆用的罗盘。这时候已经把磁偏角的知识应用到罗盘上。

这种堪舆罗盘不但有子午正针，即以磁针确定的地磁南北极方向，还有子午丙壬间的缝针，即以日影确定的地理南北极方向。这两个方向之间有一夹角，这就是磁偏角。

当时的罗盘，还是一种水罗盘，磁针还都是横贯着灯芯草浮在水面上的。北宋时期书画家徐兢的《宣和奉使高丽图经》中说，在海上航行时，遇到阴晦天气，就用指南浮针。

旱罗盘大概出现在南宋。旱罗盘是指不采用“水浮法”放置指南针磁针的罗盘，通常是在磁针重心处开一个小孔作为支撑点，下面用轴支撑，并且使支点的摩擦阻力十分小，磁针可以自由转动。

显然，旱罗盘比水罗盘有更大的优越性，它更适用于航海，因为磁针有固定的支点，而不会在水面上游荡。

旱罗盘的这种磁针有固定支点的装置法，最初的思想起源很早。因为司南就有一定的支点，另外沈括的磁针装置试验，也有设置固定支点。

指南针作为一种指向仪器，在我国古代军事上，生产上，日常生活上，地形测量上，尤其在航海事业上，都起过重要的作用。

我国的指南针大约是在12世纪末至13世纪初经过阿拉伯传入欧洲的，对世界经济的发展起到了积极作用。