早期的静电研究

早期的静电研究

1660年左右，德国马德堡市的市长格里克创制了一种机械装置，可以连续摩擦生电。他取一只儿童脑袋一般大的圆形玻璃烧瓶，把碎硫磺放进瓶里，一起加热，使硫磺融溶，在加热过程中不断加硫磺，最后，瓶里充满融化了的硫磺。再插入一根木柄，等硫磺冷却后，打破玻璃，得到一个漂亮对称的硫磺球。他把硫磺球支在木架上，让硫磺球转动，同时把一只手按在球上摩擦，于是硫磺球就会显示地球吸引万物的特性。另外一张图实验者正举着带电的硫磺球，球体移到哪里，那里一切轻质物体都受到吸引。纸片、羽毛纷纷朝它飞来，水珠滚动，枯叶摇晃。手指靠近，闪光、爆破声，与雷电无异。

为什么格里克会想到做一个旋转的硫磺球来做实验呢？原来他并不是单纯为了演示电现象，而是为了证明地球吸引力乃是某种“星际的精气”，他曾做过许多真空实验，也和这个总目标有关。著名的马德堡半球实验就是他在1654年做的，在这个实验中，他演示了抽空的两个半球在大气压的作用下用十六匹马也没有拉开。

格里克的硫磺球实验确实模拟了地球的吸引作用，甚至他还显示了硫磺球的引力比地球吸引力大。然而，他也发现两者有不同之处。在硫磺球周围，也会有物体被排斥，羽毛在硫磺球和地板之间会上下跳动。格里克开始领悟到，重力并不能归结于电力，它们各有特点。接着，格里克又做了许多电学实验，其中包括电的传导和静电感应，可惜没有得到别人的重视。

格里克发明摩擦起电机的消息和他的真空泵一起在欧洲各国传开了。人们竟相仿制并改进他的起电机。人们发现，格里克的摩擦起电机其实不必把玻璃瓶打碎，甚至不用硫磺，直接用玻璃瓶就可以做实验。很多人对电感兴趣，有的是为了研究电的性质，有的则是用于表演魔术，让王宫贵族取乐。但是人们在有意无意的探索活动中，逐渐摸清了电的性质。

牛顿对电学也很感兴趣。1675年他用玻璃球起电机研究了电的吸力和斥力、火花放电等现象。1703年12月5日，英国皇家学会热闹非凡，这一天他们有两件新鲜事。一件是牛顿就任皇家学会主席，一件是牛顿任命他的助手豪克斯比担任实验师，牛顿希望在皇家学会提倡实验，恢复实验风气。豪克斯比当众表演了精彩的真空放电实验。他用摩擦起电机使真空发出辉光，说明真空也会产生电的现象。

进一步，豪克斯比还用棉线显示了电力，演示了“电风”。他做了一块玻璃圆柱体，长7英寸（约16厘米），直径也为7英寸，周围是一根木箍，上面等距离地连着许多条棉线，当他旋转并摩擦圆柱体时，棉线沿半径方向伸直，趋向一个中心。豪克斯比没有忘记他的恩师，他把这一事实联系到牛顿的宇宙学说，解释说：这些线条就像是受到了重力，沿直线方向吸向中心。

1720年，又有一位英国人格雷，他对电的传导进行了研究，发现摩擦过的玻璃棒所带的电可以转移到木塞上，再经细绳传到20米以外的骨质小球。他还让一个小孩做人体带电试验。他用丝绳把小孩吊在顶篷下，在小孩身下放许多轻质物体，例如羽毛之类。然后将摩擦过的玻璃管接触小孩腿部，结果小孩的手和头部都能吸引羽毛。

格雷通过实验，发现了电的传导性，而且分清了导体与绝缘体。

下一步进展是法国的杜菲作出的。格雷的实验引起了他很大的兴趣，他总结了前人的经验，提出了许多问题，例如：

1．是不是所有物体都可以靠摩擦带电，电是不是物质的普遍属性？

2．是不是所有物体当接解或靠近带电体时都可以获得电？

3．哪些物体会使电的传递停滞，哪些利于电的传递？哪些物体最容易被带电体吸引？

4．斥力和吸力之间有什么关系？它们之间是否有联系，抑或是完全独立的？

5．在虚空处在压缩空气中，在高温下，电的强度是增还是减？

6．电和产生光的能力之间有什么关系？这一关系可以得出什么结论？

为了解答这些问题，杜菲进行了一系列实验。他首先发现能够带电的不仅限于琥珀之类的物品，任何东西，包括金属都可以带电，于是纠正了前人将物体分为“电的”和“非电的”两类的做法。为了证实一切物体都可以带电，杜菲以自己的身躯做实验。他让助手用绳子把自己悬吊在天花板上，然后带上电；当另一个人接近他时，从他身上发出电火花，产生噼噼啪啪的声响。

杜菲最大的贡献是分清两种电。他把两小块软木包上金箔，用丝线悬挂在天花板下，取一玻璃棒，用丝绸摩擦后，分别接触这两块软木，结果软木互相排斥。他又做了一个实验，取一松香棒，用羊皮摩擦后接触一软木，而用丝绸摩擦后的玻璃棒接触另一软木，结果发现两块软木互相吸引。他再用其他许多材料继续实验，发现有的相互吸引，有的互相排斥。于是杜菲认定电有两种。他把玻璃产生的电称为“玻璃电”，松香产生的电叫“松香电”。

莱顿瓶的发明使电学研究又上了一个台阶。1745年，德国的克莱斯特（1700—1748）做了一个实验。他用铁钉把电通到窄口药瓶中，瓶中盛水，瓶子与其他物体绝缘。原来他是想把电存在水中。读者也许会觉得他的想法太幼稚。请不要讥笑他，原始的观念往往导致科学的重大发明，克莱斯特试验果然有一定效果，他再用铁钉将瓶内的水和外界接通时，出现了强烈的放电现象。

克莱斯特没有放过这一现象，而是进一步寻找储存电的规律。他发现，瓶口及外表面必须干燥（注：不然电就会沿表面爬走了）；如果瓶里装的是水银或酒精，效果更好。

克莱斯特把这一发现写信告诉了好几位友人，他们都回信说重复做了实验却没有能够得到同样的结果，原来克莱斯特在信中少说了一句话：实验者在用钉子通电时，要手持瓶子的外表面，人站在地上（注：也就是说，瓶子的外表面必须接地）。由于这个原因，克莱斯特的发现没有引起注意。

与时同时，另外有一位实验家在荷兰也做了类似的实验。他是莱顿大学物理学教授穆欣布罗克。他把金属枪管悬挂在空中，与起电机联接，另从枪管引出一根铜线，浸入盛水的玻璃瓶中，助手一只手拿着玻璃瓶，穆欣布罗克在一旁摇摩擦起电机。正在这时，助手无意识地将另一只手碰到枪管，顿时感到电击。于是穆欣布罗克自己来拿瓶子，当他一只手碰到枪管时，果然也遭到强烈电击。

穆欣布罗克不久写信给友人，信中写道：“蒙上帝怜悯，我才免于一死。我就是为法兰西王国也不愿再冒这个险了。”信中他详细描述了实验的条件，所用器材和人的姿势。写得如此真切，令有冒险精神的读者无不跃跃欲试。后来这封信公开发表。许多人重复了莱顿的实验，莱顿瓶也由此得名。

在用莱顿瓶做试验的人当中，有一位法国电学实验家叫诺勒特最出色。他改进了莱顿瓶，大大提高了电的容量。1748年他在巴黎让二百多名僧人（修道士）在巴黎修道院前手拉手排成圆圈，让领头的和排尾的手握莱顿瓶的引线，当莱顿瓶放电时，几百僧人同时跳起来，使在场的贵族们无不目瞪口呆。诺勒特组织的表演使电的声威达到了高潮。

莱顿瓶的神奇不胫而走，消息传到了美利坚合众国，又引出一番轰轰烈烈的情景，这时有一位有名的人物做了许多实验。他就是美国驻英大使富兰克林。