与雷公电母共舞

风雨交加的黑夜，天空闪耀着惨白色的亮光，震天动地的鸣响在大气中回旋，古时愚昧的人常常被这爆炸性的闪光所击死，建筑物也被击垮和焚烧。恐惧过后，人们只有祈祷上苍保佑他们，但是灾难总是不断地降临人间，人们十分害怕这大自然中的神灵，一向都认为雷、电（图4-1）是神的意志的体现，是不可抗拒的力量。不同的民族，都根据自己的实践和想象，塑造了各种神的不同的形象。我们的祖先信奉的是尖嘴的雷公与电母，使人望而生畏。

（图4-1）雷电

雷、电果真如此厉害不可抗拒吗？这得研究研究，摆脱了迷信的科学家都这么想，而第一个揭开雷、电秘密的是著名的美国社会活动家、科学家富兰克林。

1749年，富兰克林大胆地力排众议，提出雷电和摩擦电具有相同的性质。为了证明这一论断，他和他的儿子冒着生命危险，做了一次“天电传输”试验。富兰克林用丝织手帕做了一个风筝，上面绑扎了一根长长的细铁丝拖到地面。风筝在电闪雷鸣、风雨交加之中扶摇直上，接近了带电的云层。富兰克林心情非常紧张，他知道这种“引火烧身”是很危险的。但是，他宁愿为科学事业而献身。他叫儿子站远一点，并对儿子说：“万一不幸，你替我填好实验报告书，好为科学研究积累资料”。雷鸣电闪，大雨滂沱，富兰克林小心翼翼地把莱顿瓶顶部接触风筝绳下端的铁钥匙，莱顿瓶立刻充电了。这说明云中的闪电与人工摩擦电性质相同，从而有力地证明了富兰克林的科学理论。

那么，电的本质到底是什么呢？最初，人们以为电就象热和光一样，是没有重量的物质。但是，许多事实却否定了这种看法。

十九世纪上半期，法拉第发现电总是由一份一份最小的电量（或叫电荷）所组成。后来，通过研究气体中的电流等试验，才知道携带最小电荷的是一个个微小的粒子。

这些微粒是什么？它们有什么特性呢？要回答这些问题，必须从物质的结构说起。

大家知道，世界上形形色色的物质都是由很小的微粒——分子组成的，分子又是由原子组成的。原子虽小，构造却很复杂。简单地说来，每个原子都由电子和原子核两部分所组成。每个电子带一个单位的负电荷，负电荷就是古人所说的“树脂电”（常用“-”号表示，过去我们把它叫阴电）。原子核带有正电荷，正电就是古人所说的“玻璃电”（常用“+”号表示，过去我们把它叫阳电）。不同原子所带的正电荷与负电荷不同，但同一种原子所带的正电荷数都跟负电荷数相等。当正电荷与负电荷数量相同、距离相近时，它们相互的作用力就达到平衡，所以对外不显示电性。这正是通常物体不带电的原因；换句话说，不带电的物质实质上是正电与负电的组合。

但是，在某些特殊条件下，外力却会破坏物质中正负电的平衡。比如，把两个物体相互摩擦时，由于密切接触，温度升高，就会增强物体内部分子和原子的热运动，使它们互相碰撞的机会增多。这时，位于原子中心的核，由于质量较大，基本上保持不动，而带负电荷的电子则容易从一个物体闯进另一个物体，结果失去电子的那个物体就带了正电，获得电子的那个物体就带了负电。可见摩擦起电，实质上是将物体中正负电给分开了。

科学小链接

吉伯的贡献

除雷电外，人类最早是通过摩擦后的琥珀、玳瑁等吸引小物体的现象认识电的；当然，这仅仅是认识电的开始。此后，经过了一千多年的漫长岁月，人类对电的认识没有进展。直到1600年吉伯出版《磁石》一书，人们才认识到许多东西都具有琥珀的性质，即都能摩擦起电。吉伯的工作为研究摩擦起电打开了大门，此后许多杰出的学者纷纷到这个新领域进行探索，人类对电的认识便开始前进了。