1.指南针产生背景
地球是一个大磁体。地球的两极分别在接近地理南极和地理北极的地方。地球表面的磁体，当可以自由转动时，就会因磁体同性相斥、异性相吸的性质指示南北。这个道理，古人不够明白；但这类现象，古人已经发现。
2.磁现象的发现历史
先秦时代：中国劳动人民已经积累了对磁现象的认识，在探寻铁矿的时候，常常遇到磁铁矿，即磁石（主要成分是四氧化三铁，化学式Fe3 O4，别名氧化铁、黑磁铁、吸铁石，为具有磁性的黑色晶体，故又称为磁性氧化铁）。《管子·地数篇》中早已记载了这些发现：“山上有磁石者，其下有金铜。”《山海经》中也有类似的记载。
磁石的吸铁特性很早被人发现，《吕氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招铁，或引之也。”古人称“磁”为“慈”，把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引，并认为：“石是铁的母亲，但石有慈和不慈两种，慈爱的石头能吸引他的子女，不慈的石头就不能吸引了。”
西汉：有一个名叫栾大的方士，他利用磁石的特性做了两个棋子样的东西，通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引，有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意献给汉武帝，并当场演示。汉武帝惊奇不已，龙心大悦，竟封栾大为“五利将军”。
3.磁化技术的记载
北宋（磁化技术取得突破）：曾公亮的《武经总要》中提到一种新型的磁性指向器——“指南鱼”，同时还能看到，制作指南鱼的关键是铁的磁化。曾公亮实际上是利用地磁场对剪成鱼形的铁片进行磁化，这是历史上人类寻求新的磁化技术上的一个突破。但是，由于使用时要放在水面，铁片要尽量“薄”。
同样具有实用性的磁化技术，与曾公亮同时代的沈括在《梦溪笔谈》中也有记载。他写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”（卷24）这种形制易流行且简单，磁化效果也相当好，特别是它对指向器形制的改进产生了另一个突破——针状。用针指向，它的指向精度可以得到极大的提高。这样，司南就衍变成了指南针，而且这种指南针也更容易普及了。无疑，这是磁性指向器形制的最重要的改进。
4.磁偏现象的记载
由于指针指向精度得以提高，人们在使用指南针时很快就注意到，它所指的方向有时并非正南，就如沈括在《梦溪笔谈》中说的“然常微偏东，不全南也”，这就是磁偏现象。
北宋司天监杨惟德于庆历元年（1041年）奉命编撰的相墓大全《茔原总录》卷一为磁偏角的发现奠定了基础。书中说：“客主的取，宜匡四正以无差，当取丙午针于其正处中而格之，取方直之正也。”这里明确地记载了“丙午针”，即后世沈括在《梦溪笔谈》卷二十四中所说的磁针“常微偏东，不全南也”。
在西方，直到13世纪才知道磁针偏南。1429年，哥伦布横渡大西洋时，正式测到磁偏角现象。
5.磁偏现象的发现历史
杨惟德：比沈括稍早些的杨维德在写于庆历元年（1041年）的《茔原总录》中已经有了磁偏角的相关记载。他写道：“匡四正以无差，当取丙午针于其正处中而格之，取方直之正也。”（卷1）这里说的“针”就是磁针，而“丙午针”是指磁针在静止时，针指的方位是24个方位中丙位和午位的结合部，也就是南偏东约7.5°。这与沈括的“微偏东”是一致的，但杨惟德的说法更早，描述也更精确些。
王假：与沈括大致同时代的王假（福建堪舆学派的创立者）也提到过磁偏角。在王仅有的一首诗中，他写道：“虚危之间针路明，南三张度上三乘。”这里的前一句所提到的显然是天体坐标的南北向，但通过观察地磁罗盘会发现，南方星宿“张”的范围是如此之广，以至于两个磁偏角及天体坐标的正南这3个“南方”方位均包含在其内。所以，他对磁偏角的涉及，具体数值还不能完全确定，但它对地磁偏现象的记载，说明了风水师是重视地磁偏现象的研究的。
寇宗夷：稍晚于沈括的寇宗夷在所著的《本草衍义》中也提到：“磁石磨针锋则能指南，然常偏东，不全南也。其法取新纩中独缕，以半芥子许蜡缀于针腰，无风处垂之，则针常指南。然常偏丙位，盖丙为大火，庚辛金受其制，故如是，物理相感尔。”（卷5）这段话讲到指南针的磁化，讲到磁偏现象的发现，还讲到指南针的架设问题，以及利用五行学说简要地解释磁针指向的原因。
曾三异：宋代曾三异在1189年写的《因话录》提到，在地球表面上一定有某个区域，在那里磁偏角为零。曾三异的观点很有见地，事实上也确实存在着零磁偏角线。但即便如此，他也只是提出了一种有价值的猜测。
16世纪：明代人进一步发现了在不同的地点磁偏角的大小也不同的结论。
18世纪：出现关于磁偏角的大小也随时间的变化而变化的明确记载。
6.指南针的早期形制
中国古代的方位文化共经历三个阶段。
第一阶段：依靠天文学方法定位。
第二阶段：以磁学方法制成司南。
磁体定向装置的出现，使古人从靠观察天体定向的被动性转向靠地磁定向的主动性。人类最早的磁体定向装置，是以天然条状磁石制成的司南，它出现在中国战国末期（公元前3世纪）而在汉代得到进一步的发展。
司南（最早的磁性指向器）：“司南”之称，始于战国（前475—前221），终止于唐代（618—907）。司南古义的不断演化，使它与一系列的古代发明结下了不解之缘。
记载司南的最早文献是《鬼谷子》，其中写道：“郑人之取玉也，必载司南之车，为其不惑也。”（谋篇）(www.xing528.com)
在提到司南的文献中，王充的记述是最重要的，他明确指出：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”（是应篇）其中的“杓”是指磁勺（磁勺是一种天然磁石琢成的勺形指向器，当它被发现的时候，其状取法北斗七星）。其中的“地”是指古代械盘中的“地盘”（械盘是秦汉时期发明的，用于游戏或占卜）。在“地盘”的四周刻有24个方位，中心刻有象征北斗七星的标志。
司南模型（王振铎复原）
中国现代著名的科技史家和文物复制专家王振铎曾依据这些记载成功地复原了汉代的司南（如上图所示）。
虽然勺形司南尚无实物出土，但汉代画像石上有类似勺形司南形象的画面（如下图所示，本图引自李约瑟《中国科学技术史·物理学卷》），这表明王充的记载应该是可信的。在这幅石像中，可看到，画面主体是魔术师和杂技演员在表演，上面一行人是贵族观众，右上角的小方台上放着一个疑似司南的长柄匙（见画面外小插图），一个人在跪着观察它。
从所留下的材料看，利用磁石指极性的司南就是磁性指向器具有的最早形制。
第三阶段：由司南演变成指南针，随后带动测定方位技术的不断完善。
指南针应当是在一个很漫长的时间中慢慢改进的结果，而不同时期的形式应以不同的形式出现。
唐代（形状各异的指南针）：唐代堪舆家的活动相当活跃，并开始强调方向的选择，寻找比磁勺更方便的指向器成了当务之急。于是，指南铁鱼或者蝌蚪形铁质指向器及水浮磁针应运而生。
7.指南鱼、水浮磁针制备方法
指南鱼的制备方法，见于北宋曾公亮等利用前人资料编撰的《武经总要》。《武经总要》前集卷十五载其法曰：“用薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。”这种方法利用地磁场使铁片磁化，并知道鱼形铁片微向下倾斜对磁化有利，实际上已发现近代科学中所谓的磁倾角的影响。使用时，指南鱼浮于水面，与水浮磁针的原理是一致的。但是指南鱼的磁性是很弱的，作为一种“天然的”缺陷，圆形的鱼首也使它的指向精度受到限制。虽然这种简易的磁化技术使指南鱼的制作容易了许多，但它的形状造成与勺形司南有类似的缺陷。
水浮磁针的制作方法，首见于北宋沈括的《梦溪笔谈》卷二十四，其文曰：“方家以磁石磨针锋，则能指南。”这种方家在实践中总结出来的钢针磁化法，经过沈括之手公布于世，有力地促进了磁针在堪舆和航海两大领域中的应用和普及。指南针进入实用磁针的阶段，对装置方法的研究提到了议事日程。沈括全面研究和比较了“水浮”法、置“指爪”法、置“碗唇”法及“缕悬”法的优缺点，认为“缕悬”法最佳。“其法取新纩中独茧缕，以芥子许蜡，缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。”现代磁强计中悬挂的小磁铁，就采用了此相似的方法。磁针指的精度，与司南及指南鱼不可同日而语。
由于堪舆术的神秘性，中国唐宋堪舆著作在流传中又相互影响，有所增删，要从众多早期堪舆著作中理出磁针、磁偏角以至罗盘的发明、发现年代，诚非易事。
元代（水浮法指南针瓷碗）：1959年，在辽宁旅顺甘井子元代墓葬中出土了两件磁州窑白釉褐花大碗，大碗内底部彩绘两个同心圆，圆内绘并排的三点，中间一线相连。乍看此图形似一个不规则的“王”字，故被称为“王字纹碗”。碗外底圈足内又墨书一个“针”字。经科技史学家王振铎先生研究证实，这种碗就是航海时指示方向所用的针碗。它的使用方法是这样的：针碗的水面上漂着穿在浮漂上的磁针，碗内底的“王”字形标志则有助于标明方向。先将“王”字中的细道与船身中心线对直，如船身转向，磁针便和该细线形成夹角，从而显示航向转移的角度。类似的碗在江苏丹徒照临村元代窖藏和河北省磁县漳河故道元代沉船内都有发现。
罗盘的发明与西传：磁针问世后，先后用于堪舆和航海。为了使用方便，读数容易，加上磁偏角的发现，对指南针的使用技巧提出了更高的要求，方家首先将磁针与分度盘相配合，创制了新一代指南针——罗盘。
罗盘（如右图）古称“地螺”“地罗”。南宋曾三聘的《因话录》“子午针”条说：“地螺，或有子午正针，或用子壬丙午间缝针。”离峡江不远的江西临川，于1985年出土了世界上最早的堪舆旱罗盘模型，正可与《因话录》的记载相互印证。1985年5月，江西临川南宋朱济南墓（葬于1198年）出土了座底墨书“张仙人”的瓷佣一式两件。风水先生“张仙人”佣，左手抱一罗盘。值得注意的是，该罗盘的磁针与水罗盘的磁针根本不同，中部增大呈菱形，菱形中央有一明显圆孔，明确地表示这是一种用轴支承的旱罗盘。旱罗盘后来经阿拉伯传人欧洲，在欧洲发展成熟起来。欧洲人又进一步对这种旱罗盘做了改进，使用起来很是方便。这种改进虽然对磁的知识并未增加，甚至也未“改善”，但是却对航海事业产生了积极影响。
罗盘
中国的磁针和罗盘先后经由陆水两路西传，曾给人类文明的进程带来重大的影响。以前史学界认为，磁针在水中的水罗盘与指南针一脉相承，是中国的发明，但旱罗盘是欧洲所发明，16世纪才经由日本船传入中国。而今临川罗盘证明：旱罗盘的发明权也属于中国。
8.现代的指南针：电子罗盘
电子罗盘
电子罗盘（如右图）也叫数字罗盘，是利用地磁场来定北极的一种仪器，应用到手机上，其实就是电子指南针。电子罗盘一般用磁阻传感器和磁通门加工而成。
GPS虽然在导航、定位、测速、定向方面有着广泛的应用，但由于其信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。尤其在高楼林立城区和植被茂密的林区，GPS信号的有效性仅为60%。并且在静止的情况下，GPS也无法给出航向信息。为弥补这一不足，可以采用组合导航定向的方法。
电子罗盘正是为满足用户的此类需求而设计的。它可以对GPS信号进行有效补偿，保证导航定向信息100%有效，即使是在GPS信号失锁后也能正常工作，做到“丢星不丢向”。
电子罗盘可以分为平面电子罗盘和三维电子罗盘。平面电子罗盘要求用户在使用时必须保持罗盘的水平，因为罗盘在发生倾斜时也会给出航向的变化而实际上航向并没有变化。虽然平面电子罗盘对使用方法的要求很高，但如果能保证罗盘所附载体始终水平的话，平面罗盘是一种性价比很好的选择。三维电子罗盘克服了平面电子罗盘在使用中的严格限制，因为三维电子罗盘在其内部加入了倾角传感器，在罗盘发生倾斜时可以对罗盘进行倾斜补偿。这样，即使罗盘发生倾斜，航向数据依然准确无误。有时为了克服温度漂移，罗盘也可内置温度补偿，最大限度减少倾斜角和指向角的温度漂移。
电子罗盘原理：三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场；倾角传感器是在磁力仪非水平状态时进行补偿；MCU处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。该磁力仪采用三个互相垂直的磁阻传感器，每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。
指南针的发明对世界的发展有什么贡献？
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