神奇的电与电流

神奇的电与电流

神奇的电与电流

1．电的发现

电流的发现是人类历史上最伟大的科学发现之一。公元前585年，古希腊哲学家泰勒斯（见图10－1）已注意到用毛皮磨擦过的琥珀能吸引绒毛、麦秆等轻小东西，他把这种现象称作“电”，这是西方世界关于电现象最早的观察记录。今天英语中电（electricity）这个词在古希腊语中的意思就是琥珀。

图10－1　泰勒斯，吉尔伯特

16世纪，英国物理学家、医生吉尔伯特（1544～1603，见图10－1）在多年实验中发现许多电现象，并最先使用“电力”、“电吸引”等专用术语，因此许多人称他是电学研究之父。

吉尔伯特的主要著作《论磁性、磁体和巨大的磁体》于1600年出版，全书六篇，记录了600余个实验，叙述了磁研究的历史及五种磁运动，其中第二篇有一章专门叙述了电的实验。这本书堪称物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著。吉尔伯特之后200年中，又有多人做过多次试验，不断积累着对电现象的认识。

1734年，法国人杜菲（1696～1739）在实验中发现带电的玻璃和带电的琥珀相互吸引，但是两块带电的琥珀或者两块带电的玻璃则相互排斥。杜菲根据大量实验事实断定电有两种：一种与琥珀带的电性质相同，叫做“琥珀电”；一种与玻璃带的电性质相同，叫做“玻璃电”。

2．放电和电流

1745年，普鲁士副主教克莱斯特（1700～1748）在实验中用导线将摩擦产生的电引向装有铁钉的玻璃瓶，当他用手触及铁钉时，受到猛烈一击，由此发现了放电现象。

1746年，荷兰莱顿大学物理学教授穆森布罗克（1692～1761，见图10－2）在克莱斯特发现的启发下发明了收集电荷的“莱顿瓶”（见图10－2）。

图10－2　穆森布罗克和莱顿瓶

18世纪中叶，美国科学家富兰克林（1706～1790，见图10－3）通过多次实验进一步揭示了电的性质，并提出了“电流”这一术语。

他认为电是没有质量的流体，存在于所有物体。如果物体得到比正常分量更多的电，就称之为带正电（阳电）；如果物体带电少于正常分量，就称之为带负电（阴电）；而放电就是正电流向负电的过程。富兰克林的说法在当时确实能较圆满地解释一些电现象，但在电的流动上与我们现在“容易移动的是带负电的电子”的认识却恰恰相反。

富兰克林对电学的另一重大贡献是1752年所做的著名的“捕捉天电”的风筝实验，这个实验证明天空闪电和地面上的电是一回事。他用金属丝把一个大风筝放到云层中，金属丝上挂一串钥匙，金属丝下端接一段绳子。富兰克林一手拉住绳子，一手轻轻触及钥匙，他立即感到一阵猛烈的冲击（电击），同时看到手指和钥匙之间产生了小火花。这个实验表明：被雨水湿透了的风筝变成了导体，通过金属丝把空中闪电的电荷引到了手指与钥匙之间。这是轰动一时的大事！一年后，富兰克林制造出世界上第一个避雷针。

图10－3　富兰克林，在雷暴中捕捉天电，关于龙卷风论文的插图

1780年，意大利科学家伽伐尼（1737～1798，见图10－4）在一次解剖青蛙时偶然发现，一只已解剖的青蛙放在潮湿的铁案上，当解剖刀无意中触及蛙腿上外露的神经时，死蛙的腿猛烈地抽搐了一下。伽伐尼立即重复了这个实验，又观察到同样的现象。他以严谨的科学态度，选择各种不同的金属（铜和铁或铜和银）接在一起，而把另两端分别与死蛙的肌肉和神经接触，发现青蛙会不停地屈伸抽动。用玻璃、橡胶、松香、干木头等代替金属，就不会发生这样的现象。他认为这是一种生物电现象，他的《关于电对肌肉运动的作用》论文于1791年发表。

图10－4　伽伐尼与青蛙解剖实验