指南針與電磁學
指北針是指南的古代裝置，其指針是由小型磁鐵或磁化金屬板製成的，受到地球磁力的影響，指針指向南北。指南針的指針和磁鐵具有相斥、異極吸引的性質，應遠離磁鐵和電器用品，以免影響其指向。
地球是一個磁體，具有南北極，南極位於地理北極，北極位於地理南極。磁針北極由地球磁場南極吸引，指向地理北極。
安德烈·瑪麗·安培等科學家發現了電與磁的聯繫，提出了安培定則，描述了兩電流元間的相互作用。
麥可·法拉第證明瞭磁能生電，即電磁感應現象，奠定了電力工業的基礎。法拉第還提出了力線、場和電磁波的概念，後被馬克斯威爾和赫茲證實。
詹姆士·克拉克·馬克斯威爾整理了獨立的電磁現象，提出了一套系統的理論。
手機中的電子羅盤利用霍爾效應，通過測量磁場方向來指示地理南北極。霍爾效應是指電流在垂直於磁場的半導體中會產生附加電場。
| 指南現象 | 電磁現象 |
|---|---|
| 指北針利用地球磁力 | 安培定則描述電流相互作用 |
| 指針為小型磁鐵 | 法拉第發現電磁感應 |
| 受磁鐵和電器影響 | 力線和場描述電磁場 |
| 指向地理南北極 | 馬克斯威爾整理電磁理論 |
| 與地球磁場相關 | 霍爾效應用於電子羅盤 |
指南針原理及其應用
指南針原理
指南針原理乃應用地球磁場的作用，用以指示方向。指南針有一個可自由旋轉的磁針，磁針的兩端分別指向地球的磁南極和磁北極。由於地球磁場的性質，磁針指向的北方與地理北極並非完全重疊，而是會產生一定的偏角，稱為磁偏角。
指南針的結構與原理
指南針的結構通常包括以下組成：
| 部件 | 功能 |
|---|---|
| 磁針 | 可自由旋轉的磁化金屬針，兩端指向地球磁極 |
| 底座 | 固定磁針的支架 |
| 刻度盤 | 標示方向的刻度，通常有 360 度的標示 |
當指南針置於水平面上時，磁針會受到地球磁場的影響而旋轉，最終靜止於指向磁北極與磁南極的方向。
指南針的應用
指南針的原理廣泛應用於各種領域，包括：
| 領域 | 應用方式 |
|---|---|
| 航海 | 指導船隻航行方向 |
| 探險 | 幫助探險者確定方位 |
| 軍事 | 規劃軍事行動和機動 |
| 地質 | 測量地殼磁場 |
| 考古 | 確定古代遺址的方位 |
指南針的侷限性
儘管指南針是一種實用的導航工具，但它也存在一定的侷限性：
| 侷限性 | 原因 |
|---|---|
| 磁偏角 | 地球磁場的性質導致地理北極和磁北極並不完全重疊 |
| 金屬幹擾 | 附近的金屬物體會影響指南針磁針的指向 |
| 不適用於極地地區 | 接近地球磁極時，指南針會失去指向性 |
使用指南針的注意事項
| 注意事項 | 原因 |
|---|---|
| 遠離金屬物體 | 金屬會干擾指南針磁針的指向 |
| 水平放置 | 傾斜放置會影響指南針的準確性 |
| 避開磁場 | 強磁場會影響指南針的指向 |
| 校正磁偏角 | 定期校正指南針磁偏角，以提高準確性 |