指南针是什么原理？
指南针指南针是我国的四大发明之一。东汉王充《论衡》中说“司南之杓，投之于地，其柢指南”，是早期对司南比较清楚的描述。考古学家根据古代文献的描述复原了司南，但是这是不是指南针的雏形，学术界还有很大的争议。但是没有争议的是，在元代，指南针已经开始应用于航海等人类活动中。指南针的基本原理就是一个可以自由旋转的小磁针，在地磁场的作用下，小磁针一端指南，一端指北。
指南的一端就被称为南极（S极），指北的一端就被称为北极（N极）。一般我们把指北的一端涂成红色，所以也有人把指南针叫做指北针。指南针为什么能指南北呢？这是因为地球具有磁场。磁场我们知道：磁铁有两极，N极和S极，而且同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。也就是说：我们用一个磁铁的N极靠近另一个磁铁的S极，就会发现二者相互吸引。
如果用一个磁铁的N极靠近另一个磁铁的N极，就会发现二者相互排斥。为了理解磁铁间的这种作用，人们引入了磁场的概念。磁场是存在于磁体周围的一种看不见摸不着的物质，这种物质的作用是对磁铁有力的作用。也就是说：一个磁铁会在周围空间产生磁场，而这个磁场就会对另一个磁铁有力的作用。如果在磁铁周围放置一堆小磁针，那么小磁针的N极（下图中红色部分）指向就会与磁场方向相同。
也就是说：在磁体外部，磁场是从磁体的N极指向磁体的S极。人们根据指南针在地球表面可以指南北的特点，推断出地球是具有磁场的，这就称为地磁场。地球的磁场与条形磁铁的磁场非常像。根据小磁针N极向北指的特点，人们分析出地磁场的的方向是从南向北的，这就得出了地磁场的N极其实在地理南极附近，而地磁场的 S极在地理北极附近，地磁南北极与地理南北极是相反的。
而且，地磁南北极与地理南北极也并不是完全重合的，而是存在着一个夹角，称为地磁偏角，中国的科学家沈括在《梦溪笔谈》中写道：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”是世界上最早的关于磁偏角的记录。现代指南针都通过技术手段修正了这个偏角。那么，地球为什么能够产生磁场呢？这个问题更加普遍的问法是：磁场到底是怎么产生的？电流产生磁场最初，人们认为电与磁是完全不相关的现象。
但是随着人类认识自然越来越深入，逐渐发现了电与磁可能是相关的，最典型的就是被闪电劈过的铁矿石可能具有磁性。人们想到，也许电可以产生磁。丹麦物理学家奥斯特第一个发现了电流与磁场之间的联系。1806年，他应聘哥本哈根大学教授，每个月他都会给学生准备一节特别的课程，用来介绍科学界的最新成果。在有一次讲课时，他发现当用通电导线靠近指南针时，指南针发生了转动。
他和他的学生共同见证了这一历史时刻，但是他当时并没有对这种现象给出解释。经过几个月的思索，他终于明白了：电流可以产生磁场，而磁场可以对小磁针有力的作用。人们正式把电和磁联系在一起。为了纪念奥斯特，丹麦政府把哥本哈根市中心的公园命名为奥斯特公园，里面竖立着奥斯特的雕塑。美国物理教师协会还特别设立了奥斯特奖章，来奖励优秀物理教师。
人们仔细研究了各种形状的通电导线形成的磁场。比如：通电直导线周围的磁场是同心圆环，并且与导线中电流方向成右手螺旋定则。也就是说：右手握住导线，大拇指指向电流方向，四指的绕向就是磁场方向。另外还有一种典型情况：通电螺线管。就好像在一根弹簧上通电，所产生的磁场与条形磁铁的磁场很类似。判定方法依然是右手螺旋定则：右手握住螺线管，四指方向与电流方向相同，则大拇指指向螺线管相当于的条形磁铁的N极。
如果这个螺线管只有一圈，就变成了通电圆环，它的磁场也类似于条形磁铁，判定方法还是右手螺旋定则。法国物理学家安培最早对这个问题形成了清晰的认识，所以右手螺旋定则也称为安培定则。安培分子电流假说安培详细研究了各种通电导体的磁场，并提出了导线中电流与其产生磁场之间的定量关系，即安培定律。后来，著作《关于电动力学现象之数学理论的回忆录》出版，电动力学作为一个新名词登上了科学的舞台。
安培不满足于研究电流的磁场，他进一步思考：既然各种电流都产生相应的磁场，那么永磁体——例如磁铁， 它的磁场是如何产生的呢？安培产生了一个大胆的想法：也许磁体内部也有电流，是这些电流形成了磁体的磁场。这就是著名的安培分子电流假说。安培认为：在磁体内部可能存在着很小的环形电流， 称为分子电流。每个分子电流都有N极和S极。
如果这些分子电流的取向是杂乱无章的，那么磁场彼此抵消，宏观上就没有磁性。但是如果在外界磁场的作用下，分子电流的取向变得大致相同，那么宏观上就表现出磁场，两段形成磁极。在安培的时代，人们并不清楚组成物质的原子是什么样的，更不知道原子里面有原子核和电子，所以安培的这种说法只能 停留在“假说”阶段。现在的科学界认为，电子围绕原子核的运动和电子的自旋具有磁场，安培分子电流假说是具有一定正确性的。
既然磁体的磁场也是由于电流产生的，人们总结出一个结论：一切磁现象都是由于电流产生的，或者叫一切磁现象都有电本质。地球磁场那么，地球的磁场究竟是什么原因产生的呢？对于这个问题，科学界还没有统一的认识。有人认为，在地球内部的岩浆流动会造成电流，产生地磁场；也有人认为在大气中存在电荷，大气运动会造成电流，产生磁场。
但无论如何，地球的磁场也一定是由于电流产生的。其实，地球磁场并不是一成不变的，地磁南北两极每时每刻都在缓慢移动，而且在历史行地球磁场的南北极调换过多次，上一次调换是在78万年前。地磁场对生命有重要意义，例如它可以防止太阳风中的各种射线直接射向地球表面，从而保护地球的生命。一些生物可能需要磁场进行导航。
手机里的指南针是什么原理？
手机里的指南针是什么原理？♥手机内的指南针确切来说是一个三轴电子罗盘，这个三轴电子罗盘能对磁场产生反应的传感器，又叫磁传感器，别称霍尔效应传感器。磁传感器是一种固态设备，所以里面并没有晃动选择的指针来指引方向，它会将磁或磁编码信息转化为电信号，再通过电子电路进行处理，这样手机就能通过这些数据来辨别方向了。
另外磁传感器不会受到灰尘、水、震动等等的影响。磁传感器的工作原理，它是基于霍尔效应制造出来的，霍尔效应是100多年前的物理学家霍尔发现的，其核心的理论就是带电粒子在磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用发生偏转，这时磁场中的电流就可能会发生偏转。当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子就会发生偏转，在导体两端堆积电荷，从而导致导体的内部产生电场，产生的电场方向垂直于电流和磁场的方向。
当电场力和洛伦兹力相互平衡的时候，载流子就不会在偏转，而半导体的两端就会形成电势差，这个电势差就被称为霍尔电压。霍尔效应传感器就是将变化的磁场转换为电压，产生的电压信号，再通过特定的电路进一步的处理得到预期的输出，它不仅仅可以用来辨别方向，还被用于接近开关、霍尔位置测量、转速测量，电流测量等等。霍尔传感器的探头一般使用铟的化合物晶体，比如锑化铟、砷化铟或者砷化镓，晶体至于铝基上，低侧采用非磁铁材料，避免自身影响磁场。
霍尔传感器通过磁场来激活，它可以识别不同类型的磁场运动，比如正面侧面推拉、推推等等感应运动。指南针的存在让现代生活丰富多彩，如果一旦消失，我们会变得异常艰难，因为我们已经习惯了用各种地图导航软件APP给我们导航了。在静止状态下，有指南针的手机打开地图，APP上会有一个显示方向的箭头，而没有指南针的手机打开地图，APP仅仅只能显示一个小圆点，可以想象在城市高楼林立，路网、错综复杂的大森林里，没有了手机里的指南针，我们很可能会丢失方向。
在相对静止或者缓慢移动的情况下，北斗导航的“位置信息”、或GPS仅仅只能够判断我们现在所处的位置，而不能给我们指引方向，北斗导航的位置信息、GPS信号可能会出现丢失的情况，但因为地球磁场的原因，手机里的指南针并不会丢失方向，所以手机里的指南针是导航、定位不可或缺的补充。★另外，手机上可以下载用于测量海拔高度的APP，这样到任何地方都知道你处位置的指南针和海拔高度等信息，见下图所示。
手机识别方向不单单会像指南针一样，平行于地面使用，我们平常会用各种奇葩的姿势来使用手机，所以它需要能在三维空间内找到地球磁场的方向，所以它需要有第三轴重力加速度传感器，打开我们的手机指南针这个APP不难发现，不光会指明我们现在面向的方向，指明地球磁场的南、北，还会显示一个以度数为标识的倾角，自从霍尔发现霍尔效应发现后，诞生了许多与霍尔效应相关的诺贝尔奖，从手机里的一个小小的指南针，只能感叹霍尔的霍尔效应是以一个非常伟大的发现。
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