手机定向是怎样实现的？
现在的智能手机一般都带有指南针功能，给我们带来了极大的方便。但你想过没有，它究竟是如何识别方向的呢？
迅速普及的智能手机，为我们带来了极大的方便。在使用手机时，有人也许注意到，它还能当指南针用。
那么，手机是怎么知道哪个方向是南、哪个方向是北的呢？有人说，“那还不简单，它里头肯定有个指南针呗”。话是这么说，但就算你把手机大卸八块，也不可能在一堆元件中找到那个存在于想象中的“针尖晃晃悠悠指向南方”的“指南针”——的确，手机里根本就没有这个东西。
那么，它是怎么知道方向的呢？
认真说起来，其中蕴含的道理，很可能比你想象的还要复杂得多呢！为了更深入地理解它的原理，还是让我们从指南针开始讲起吧。
源远流长指南针
早在我国的战国时代，就已经出现了一种可以指示方向的器具“司南”，意思就是“指南”。人们将天然的磁石磨成勺状，磁石的南极被磨制成勺柄，然后把这个磁勺放在青铜制成的光滑的盘面上。轻轻旋转磁勺，当它停止转动时，勺柄指向的就是南方。可以说，司南是最早的利用地磁场辨别方向的仪器，也是现代指南针的原型。随着社会（特别是航海业）的不断发展，人们对指示方向的需求越来越迫切。到了北宋，人们将薄铁片裁剪成鱼形，然后用地磁场将它磁化，这就是所谓的“指南鱼”。行军时，将指南鱼随身携带；使用时，让它浮在水面上就可以指南。后来，人们又用磁石来摩擦钢针使之磁化，由此制成指南针，后来又一步步演化成现代指南针的形状。
其实，不管是司南、指南鱼还是指南针，它们之所以能够定向，都是因为它们与地球的磁场之间存在着相互作用力的缘故。在这个微弱的力的作用下，易被外力左右的司南、指南鱼或指南针就可以被推动，直到指示的方向趋于稳定时，这个作用力的力矩也就逐渐消失了。这时，它所指的就是地磁的南北方向。
地球表面是有磁场的，这个磁场的南北极与地球地理意义上的南北极正好相反：地球的南极对应地磁场的北极（磁北极），地球的北极对应地磁场的南极（磁南极）。也就是说，指南针的南极，指示的其实是磁北极的方向。不仅如此，地理意义上的南（北）极和地磁场的北（南）极还并不重合，而存在着一个11°左右的夹角。研究表明，地球的磁南极和磁北极的位置并不固定，而是会移动的。尽管如此，地磁场的南北极在不太长的时间段内还是比较稳定的，因此，我们可以通过探测地磁场来获得关于地理方位的精确信息。
手表指南法
在野外，白天看太阳、晚上找北极星，都不难判断方向。更高级一些的方法，则要用到手表（仅适用于有表盘的手表）和太阳。比如现在是早上8点，那么将这个“8”除以2，得到了“4”；再将手表表盘上“4”的刻度位置指向太阳，那么此时表盘上“12”的刻度指向的就是北方。如果是下午4点，先要换算成16时，再将这个“16”除以2所得的“8”对准太阳，那么“12”所指的就是北方。这只是个粗略的方法，因为某个时刻太阳在天空中的位置一年四季是有变化的。
在指南针中，被磁化的小磁针在地磁场的作用力下会发生偏转，最终磁针会沿着地磁场的南北方向排列，从而为我们指明方向。那么，手机也是靠磁针偏转来进行定向的吗？
答案是否定的。原来，在手机内部有个特殊部件，叫做“电子指南针”。它与我们印象中的指南针不同，并不是一根细小的磁性金属，而是由一层层的薄膜构成的。它能够感应到地磁场的方向，进而将这种感应转化为智能手机可以识别的电信号，以此实现定向。这一功能可以通过两种效应实现，第一种叫做霍尔效应，第二种叫做磁电阻效应。
（撰文：杨华礼、伊晓辉、杨翠、董玉权）
- 发表于 2014-10-06 00:00
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