磁学理论溯源
我国是对磁现象认识最早的国家之一，公元前4世纪左右成书的《管子》中就有“上有慈石者，其下有铜金”的记载，这是关于磁的最早记载。类似的记载，在其后的《吕氏春秋》中也可以找到：“慈石召铁，或引之也。”东汉高诱在《吕氏春秋注》中谈到：“石，铁之母也。以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也。”在东汉以前的古籍中，一直将磁写作慈。相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。
我国古代典籍中也记载了一些磁石吸铁和同性相斥的应用事例。例如《史记·封禅书》说汉武帝命方士栾大用磁石做成的棋子“自相触击”；而《椎南万毕术》（西汉刘安）还有“取鸡血与针磨捣之，以和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上则相拒不休”的详细记载。南北朝（512-518年）的《水经注》（郦道元）和另一本《三辅黄图》都有秦始皇用磁石建造阿房宫北阙门，“有隐甲怀刃人门”者就会被查出的记载。《晋书·马隆传》的故事可供参考：相传3世纪时智勇双全的马隆在一次战役中，命士兵将大批磁石堆垒在一条狭窄的小路上。身穿铁甲的敌军个个都被磁石吸住，而马隆的兵将身穿犀甲，行动如常。敌军以为马隆的兵是神兵，故而大败（“夹道累磁石，贼负铁镗，行不得前，隆卒悉被犀甲，无所溜碍”）。
古代，还常常将磁石用于医疗。《史记》中有用“五石散”内服治病的记载，磁石就是五石之一。晋代有用磁石吸出体内铁针的病案。到了宋代，有人把磁石放在耳内，口含铁块，因而治愈耳聋。
磁石只能吸铁，而不能吸金、银、铜等其他金属，也早为我国古人所知。《淮南子》中有“慈石能吸铁，及其于铜则不通矣”，“慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”。
在我国很早就发现了磁石的指向性，并制出了指向仪器司南。《鬼谷子》中有“郑子取玉，必载司南，为其不惑也”的记载。稍后的《韩非子》中有“故先王立司南，以端朝夕”的记载。东汉王充在《论衡》中记有“司南之杓（勺子），投之于地（中央光滑的地盘），其柢（勺的长柄）指南”。
不言而喻，司南的指向性较差。北宋时曾公亮与丁度（990-1053年）编撰的《武经总要》（1044年）在前集卷十五记载了指南鱼的使用及其制作方法：“若遇天景噎（阴暗）霾，夜色瞑黑，又不能辨方向……出指南车或指南鱼，以辨所向……鱼法，用薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭中烧之，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。用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也”。需要特别指出的是，这里极为清晰地论述了热退磁现象的应用。当烧至通赤时，温度超过居里点，磁畴瓦解，这时成为顺磁体。再用水冷却，磁畴又重新恢复。这时鱼尾正对子位（北方），在地磁场作用下，磁畴排列具有方向性，因而被磁化。还应注意到，“钤鱼首出火”时“没尾数分”，鱼呈倾斜状，此举使鱼体更接近地磁场方向，磁化效果会更好。从司南到指南鱼，无疑是一个重大进步，但在使用上仍多有不便。
我国古籍中，关于指南针的最早记载，始见于沈括的《梦溪笔谈》。该书介绍了指南针的四种用法：水法，用指南针穿过灯芯草而浮于水面；指法，将指南针搁在指甲上；碗法，将指南针放在碗沿；丝悬法，将独股蚕丝用蜡粘于针腰处，在无风处悬挂。磁针的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南针的出现，沈括最先发现了磁偏现象，“常微偏东，不全南也”。
南宋时，陈元靓在《事林广记》中记述了将指南龟支在钉尖上。由水浮改为支撑，对于指南仪器这是在结构上的一次较大改进，为将指南针用于航海提供了方便条件。
指南针用于航海的记录，最早见于宋代朱彧的《萍洲可谈》：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针”。以后，关于指南针的记载极丰。到了明代，遂有郑和下西洋，远洋航行到非洲东海岸之壮举。西方“关于指南针航海的记载，是在1207年英国纳肯（A.Neckam，1157-1217年）的《论器具》中。
磁有关的自然现象很多。极光源于宇宙中的高能荷电粒子，它们在地磁场作用下折向南北极地区，与高空中的气体分子、原子碰撞，使分子、原子激发而发光。我国研究人员在历代古籍中业已发现，自公元前2000年到公元1751年，有关极光记载达474次。在公元1～10世纪的180余次记载中，有确切日期的达140次之多。在西方最早记载极光的，当推亚里士多德，他称极光为“天上的裂缝”。“极光”这一名称，始于法国哲学家伽桑迪。
太阳黑子，也是一种磁现象。在欧洲人还一直认为太阳是完美无缺的天体时，我国先人早已发现了太阳黑子。根据我国研究人员搜集与整理，自公元前165-1643年（明崇祯十六年）史书中观测黑子记录为127次。这些古代观测资料为今人研究太阳活动提供了极为珍贵、翔实可靠的资料。
遗憾的是，关于磁的认识尽管极为丰富，而关于磁现象的本质及解释，往往又是含糊的，缺乏深入细致的研究。就连被称作“中国科学史上的坐标”的沈括，对磁现象也认为，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我国历史上，一直未能产生可与英国吉尔伯特《论磁》比美的著作。
磁学的生活运用
早在汉代，古人已发现磁石虽然可以吸铁，但不能吸引铜和瓦石，而且还知道磁铁的排斥现象，并把磁铁排斥现象应用于休闲活动——斗棋。磁石也用于防盗和军事：秦始皇阿房宫的大门就有磁石，用来防持带铁器的盗贼进入；晋朝大将马隆与羌人作战时，在窄道上迭磁石，羌人经过，铁制的盔甲兵器被磁石吸去，羌人以为神，马隆因此大胜。虽然古人仍未知道地球本身是个大磁体，然而自秦汉时期起，磁学知识已应用于辨别方向，且发展了不同的人工磁性指向器，尤其是宋代，指南针、指南鱼和指南龟几乎同时问世，不但应用在风水堪舆学上，也应用到航海技术上。
一、古代磁性指向器
1．司南
秦汉时期的磁性指向器叫“司南”，是用天然磁石加工而成，由青铜地盘与磁勺组成。磁勺形状像瓢勺，地盘内圆外方，刻有天干、地支和八卦表示的24个方位，中心圆面下凹，把磁勺放在中心圆上，静止时，勺柄总是指向南方。
2．指南鱼的制造方法
曾公亮等人当时虽没有地磁场乃至地磁倾角的理性概念，然而，在实践中，他们却充分利用了地磁场和地磁倾角以磁化铁片，曾公亮记载的指南鱼制造方法，正是这一项实践。
将薄铁，即钢片，剪成鱼形片，并烧红（炉温高于约700℃），遇高温则钢铁的磁畴排列会完全被打乱；遇冷（“蘸水”），即淬火急冷，磁畴排列又复形成。关键之处在于冷却时“以尾正对子位”，即将铁片按地球子午线方向（地磁的南北方向）冷却，在地磁场的影响下，冷却后的铁片磁畴即顺着地磁方向排列了，于是铁片产生了磁性，则鱼头为北极，鱼尾为南极。另外，其中还有一个利用地磁倾角的技巧，就是将铁片“没尾数分”，斜插入水盆中淬火，可以增强铁片的磁化度。将这种指南鱼平放入水碗后，受地磁场影响，鱼头指向南方，鱼尾指向北方。
3．罗盘
罗盘是指南针与刻度盘相结合的产物。刻度盘在中国产生于先秦时期，但罗盘只有在磁针诞生之后才有可能问世。罗盘最初被称为“地螺”，盘面是圆形的，上有方向刻度，当中又有旱罗盘和水罗盘之分。
4．旱罗盘
罗盘最先被堪舆家用于相墓、相宅、看风水，在江西临川一座葬于公元1198年的宋墓里，出土了两个张仙人瓷俑，瓷俑右手持罗盘，从它竖持罗盘和罗盘的磁针中央有转动中心来看，这应该是旱罗盘，而安装磁针的方式可能是回旋枢轴。旱罗盘最迟产生于12世纪下半叶，沈括和陈元靓所说的丝悬磁针和指南龟都是旱罗盘的始祖。
5．水罗盘
水罗盘就是将磁针或指南鱼放入水碗中，再在碗外缘加上刻度盘的指向器。元代时盛行“针碗”，一般在碗内底画出24个方位，注水并放入指南针即可以识别指针方向，主要应用于航海船舶。针碗的优点在于不容易翻倒或打碎，因其碗底深，一般置于后舱沙堆之中，沙堆可减缓碗的移动，使碗内的水总是保持平衡，而磁针受航行的干扰就相对减低。12世纪初，中国人在航海中使用指南针或罗盘已相当普遍，而有关磁学及罗盘的知识是由阿拉伯人从中国传到欧洲的。
二、磁石与地磁偏角
1．磁石
春秋时期，古人早就发现了磁石吸铁的现象，他们把磁石的“磁”字写成慈母的“慈”字，认为“慈石”吸铁就像慈母爱子一样，所以“慈石”是磁石最初的写法。
2．地磁偏角
宋代杨维德使用指南针看风水、确定四方的方位发现了地磁偏角，并指出指南针“当取丙午针”。“午”是地理正南方，“丙”是地理正南偏东，指南针的南向，即地磁南向是在这两个地理方向之间，而地磁南向与地理南向有偏差，就是所谓的地磁偏角。可以说杨维德和沈括是世界上最早发现地磁偏角的人，而西方直到1492年才由哥伦布在航海经验中发现地磁偏角，比杨维德的记述迟了450年。
