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第26章 避雷针的发明

1746年,在美国波士顿举行的电学实验讲演会上,有一位听众入神地听着莱顿瓶实验的故事,他就是富兰克林(B.Franklin),那时他已40岁。他是美国著名的政治活动家和外交家,原先当过印刷学徒工,自学成才,对自然科学很感兴趣,但直到40多岁,才有功夫从事电学研究。

他第一个提出电荷概念,用数学上的正负概念来表示两种电荷的性质,并且通过实验确定电荷守恒定律。大家都知道,避雷针是富兰克林的一项重大发明,由于有了避雷针,人类避免了许多天然灾害。然而,富兰克林发明避雷针,原本并不是为了解决现实生活中的难题,而是出于对天电的探索研究。他的这项研究成果,不但有助于破除人们对自然的迷信,认识了雷电的真实性质,而且对电学的发展有重大意义。

自古以来,天电、地电互不相关,地面上人们已经进行了许多实验,对电的性质已有所了解,但对天上的雷电却仍感到是神秘莫测。到18世纪中叶,已经有不少人认为闪电和电火花类似。富兰克林也和他们一样,通过对比说明两者的相似性,不过富兰克林的认识比别人深刻,例如:他在一封书信中列举了电流体与闪电在如下特点上一致:①发光;②光的颜色;③弯曲的方向;④快速运动;⑤被金属传导;⑥爆发时有霹雳声或噪声;⑦在水中或冰中仍能维持;⑧劈开它所通过的物体;⑨杀死动物;熔化金属;

使易燃物燃烧;硫磺气味。

然而他又认为,仅仅靠对比,还不足以作出科学论断。要确证天电、地电的一致性,最好的证据是捉住天电,也就是把天电引到地面上来做对比实验。为此他提出了一个方案,在高处安一岗亭,利用尖端把低云掠过时所带的电引到地面上来。

第一个按照富兰克林建议进行实验的是法国的达里巴尔德(T.F.Dalibrard)。他在巴黎近郊马里村的高地上建造了一所岗亭,岗亭上树立起高约14米的铁杆。1752年5月10日,黑云压天,雷雨将临,达里巴尔德和他的同事成功地把天电引进了莱顿瓶。5月13日,他向法国科学院报告了这一实验,并且说,实验的成功不但证明了闪电和电的等同性,还表明可以利用富兰克林的方法保护房屋建筑免遭雷击。

从此,到处都在重复金属尖端做避雷器的试验。富兰克林则认为,巴黎实验中用的铁杆还不够高,难以证明电是从云端引下来的,一个新的思想掠过他的脑海,何不用风筝把天电引下来做试验呢?于是,他用两根轻的杉木条做成小十字架,用丝绸手帕蒙上,扎好。取一根尖细铁丝固定在十字架的一头,伸出约半米长,拴上牵引风筝的亚麻绳,亚麻绳的下端接丝绸带,在接头处挂一把钥匙。在他儿子的陪同下,他把风筝放上天,只等雷雨天气的到来。1752年10月19日他在给友人柯林孙(P.Collinson)的信中描述了实验的情况。由于雨水打湿了风筝和牵引风筝的亚麻绳,云层中的电沿湿绳传到莱顿瓶里。等雨过后,拆下莱顿瓶,再按通常的方法使莱顿瓶放电,放出的电跟用摩擦起电机产生的电毫无两样。富兰克林写道:“由此即可完全证明电物质和闪电纯属同一回事。”

富兰克林还做过一个有名的金属桶实验,目的是设法从带电的金属桶内取出电来,他用木髓球与金属桶的内表面接触,看木髓球是否带电,可是无论如何都无法使木髓球带电。富兰克林只好写信给他的英国朋友请教,这一请教,竟导致了一个新定律的发现。这个新定律甚至奠定了电学的基础。这就是所谓的库仑定律。

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