雷电之谜的揭开

时间:2018-05-15  栏目:历史故事  点击:197 次

雷电之谜的揭开

今天,稍有常识的人都知道雷电是一种自然现象,但千百年来,我们的祖先都无法对此做出正确解释。东方人认为雷电是雷公、雷母要惩罚做坏事的恶人;西方人则普遍相信“雷电是上帝发怒”的说法。一些有识之士,试图解释雷电的起因,都没有成功。直到18世纪中期,美国著名的科学家、政治思想家富兰克林才揭开了这一自然之谜。

1745年冬,电学界传出一个惊人的消息,德国科学家克莱斯特和荷兰科学家马森布罗克几乎同时发现了电震现象,并制作了莱顿瓶。所谓莱顿瓶就是为电而造的一座“仓库”,可以把电荷储存起来。当人接触到带电的莱顿瓶时,就会受到强烈的电击,同时它还会产生出电火花和“噼啪”的爆裂声,向人们显示了电的威力。不过,当时科学家们对这种蓄电器的作用和原理还不清楚。尽管如此,莱顿瓶第一次实现了电可以人工控制的理想,人们可以用摩擦出来的电,进行许多电学现象的观察了。

1746年秋,苏格兰一位科学家来到波士顿,当众作了莱顿瓶蓄电的表演。这次表演在波士顿引起了极大的轰动。40岁的富兰克林观看表演后,立刻被它吸引住了。他立即想方设法购买了实验仪器,来探索其中的奥秘。

经过多次实验,富兰克林得出了一些重要结论:电火花并不是由摩擦产生,而是被收集起来的;电是一种在物质中弥漫着、又能为其他物质特别是水和金属所吸引的基本要素;莱顿瓶外金属箔上所带的电荷和里边所带的电荷恰恰相反:一边是正电荷,一边是负电荷,它可以用数学上的正负概念来表示和说明。富兰克林得出的这些结论,是当时最为科学的,他揭开了莱顿瓶的秘密,他把正电与负电用正号(+)和负号(-)表示,是电学史上的一个创举。从此,电学开始走向准确的定性方向。(www.guayunfan.com)

富兰克林把自己的实验结果,写信寄给了伦敦皇家学会,并被编成《富兰克林在美国费城所作的电学实验和观察》一书出版。这本书问世后,立即轰动了欧洲和美洲。紧接着,富兰克林又对雷电现象产生了强烈的兴趣。随着富兰克林对雷电的研究越来越深入,他越来越觉得,雷电发生时,它的闪光和声音,跟莱顿瓶上正负电荷短路时发生的现象十分相似。于是他大胆断定:雷电是自然界的电,它和莱顿瓶中的电是同样性质的。接着,富兰克林又作了进一步的设想:既然莱顿瓶里的电可以引进引出,那么自然界的雷电也应该能通过导体引到地下。顿时,他的脑海里闪现出科学思维的火花:在教堂的顶端装上一根尖形的金属棒,再用电线把金属棒与地面相连。这样,就能将空中的电引到地下去,同时确保了教堂的安全。

1752年5月,富兰克林得到一位法国朋友的帮助,在巴黎竖起了一根12米高的铁杆进行了实验。当一片乌云飞过铁杆时,用手指接近铁杆,果然冒出了火花,从而证明了从铁杆上引下来的雷电,其性质同莱顿瓶中的电是相同的。但是,富兰克林对这样的实验并不满足。他决定不惜以生命为代价做一次惊人的实验:把天上的雷电引进莱顿瓶里去!

1752年7月的一天下午,天气闷热,天色昏暗。富兰克林带着他的儿子,来到渺无人迹的旷野里。父子俩准备了一个大风筝,这个风筝是用丝绸做的,风筝的顶端安有一段长长的铁丝,牵引风筝的是一根麻绳,绳的末端系着一块绸带,在绸带和麻绳之间还挂了一把钥匙。他们还带来了一个莱顿瓶。突然间天空乌云滚滚,狂风阵阵,雷声隆隆,捕捉天电的好时机到来了。他们立即行动起来,看准风向,风筝被迅速地放入高空。

随着风云积集,一道耀眼的闪电划破天空。一块乌云从风筝上空迅速地滚了过去,倾盆大雨自天而降。霎时间,富兰克林发现,绳子上的纤维都竖起来了。原来,金属线已经吸收了云的电荷,并把它引到了风筝线上。富兰克林用手指靠近绳子上下移动,说也奇怪,绳子上那竖起来的纤维,竟会随着手指的移动而上下摆动。他小心地用手指触了触钥匙,只听“噼啪”一响,一个蓝色的电火花跳了出来,他的手腕一阵发麻。这说明:风筝上的铁丝传导了雷电,被淋湿了的牵引线又把雷电传到了下面的金属钥匙上。接着,富兰克林再把风筝升高一些,把钥匙接在莱顿瓶上,开始将雷电储存起来。

收回风筝后,富兰克林父子提着莱顿瓶急忙赶回家。他想证实的是:天上的雷电是否已储存在莱顿瓶里,又能否把它再从莱顿瓶中引出来。到家后,他用储存在莱顿瓶中的电,做点燃酒精灯的试验,结果,火花马上点燃了酒精灯,这项实验的成功说明了闪电确实是一种放电现象,它和实验室的电火花完全一样。电闪雷鸣是天空中的“莱顿瓶”在放电,雷雨云是一个电极,大地是另一个电极。举世闻名的电风筝“费城实验”,打破了天电是“圣火”之类的神话,雷电之谜终于完全被揭开了。

富兰克林的实验和观察又导致了避雷针的发明。这是电学的首次应用,也是一次重要的应用。富兰克林建议在建筑物屋顶设置尖头金属杆,并把与金属杆相连接的导线引到地面,这种避雷针能使云层安全放电,因而能保护建筑物本身。1782年,仅费城一地采用的避雷针就有400根。如今250年过去了,避雷针仍然忠实地屹立在世界各地的高大建筑物上。

富兰克林在电学理论方面也作出了不可估量的贡献。他提出了著名的“电荷守恒”概念,创造了许多电学用语,这些专业词汇在现代电学中仍然使用,例如:正电、负电、电池、电容器、充电、放电、电击、电工、导体等等。

此外,他还有许许多多的发明创造,尤其是改进了火炉,发明了老年人戴的双焦距眼镜。他设计了一种结构合理,既可节省燃料又容易散热的新式火炉,后来被命名为“富兰克林式火炉”。火炉发明后,专利局的人诚恳地对他说:“您为人类造了福,所以您应该拥有专利,作为我们对您的酬谢。”富兰克林回答道:“不!该受我酬谢的人多着呢,难道我们在日常生活中享受别人的发明还少吗?我觉得,要是我做出了一点小小的发明,我就应该把这个发明慷慨地献给大家,作为我享受别人发明的酬谢。”

富兰克林不仅是一位科学家,以其科学发现和发明赢得人们的尊敬,而且还以自己伟大的人格和在政治、社会活动中的杰出贡献受到美国人民的衷心爱戴。

相关文章: