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1752年

富兰克林用风筝探测雷电

华夏始祖伏羲在《易经》中曾写道:“太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦……”其中“两仪”就预示自然界的阴阳和谐,即万事万物总是存在两个相互对立又相互共生的成分,太极图极其简洁地表达了这一观点。有意思的是,在科学研究上,两极的观点同样层出不穷,电学研究便是其中最早的代表之一。

异种电荷互相吸引Ⓢ

同种电荷互相排斥Ⓢ

1729年,英国科学家格雷通过研究摩擦起电现象发现,琥珀上带的电可以传给金属棒甚至人体,却不能传给丝绸,这说明金属和丝绸之间是有区别的。另一位科学家迪费则紧紧抓住这个问题关键,继续寻找各种摩擦起电之间的区别。通过大量实验探索,迪费认为用丝绸摩擦的玻璃棒和用树脂摩擦的琥珀带的电不同,电其实是由两种流质组成,同种电会相互排斥,异种电则相互吸引,两种流质一旦相遇则会发生中和,从而不带电。这种说法与中国古代的阴阳相克相生的哲学观点异曲同工,显得十分自然。

随着莱顿瓶的发明,人们知道了如何储存电。1746年,英国的物理学家科林森给美国的富兰克林邮寄了一个莱顿瓶,并附上使用说明。富兰克林收到莱顿瓶之后,反复把玩,爱不释手。他灵光一闪:普罗米修斯的“天火”——闪电是不是和摩擦起电的电有着一样的本质呢?为了证实自己的推测,富兰克林选择了一个电闪雷鸣的暴风雨夜晚,和他的助手放飞了一只带着铜线和铜骨架的风筝,风筝线的另一端拴着一串钥匙放在莱顿瓶中,他们试图将闪电“钓”下来。很快,一道闪电划破漆黑的天空,顺着导线噼里啪啦地导入了莱顿瓶。通过不断地对比研究,富兰克林最终认为闪电和摩擦起电殊途同归,是同一种电。这次充满危险的实验揭示了电的本质(曾有人因试图重复该实验而被电击身亡!),让人们意识到电的巨大能量和潜在应用前景,更点燃许多科学家对电学研究的热情。

富兰克林对电学的贡献还有许多,他正确地指出摩擦起电实际上是让电转移到另外一个物体,而不是创造了新的电,这是电荷守恒定律的早期描述。并且他还发展了迪费的学说,定义了正电荷和负电荷的概念,这个概念一直被沿用至今。受到富兰克林的风筝实验的启发,1745年,捷克发明家狄维斯成功发明了避雷针——如果把尖端金属放在建筑物高处,就可以把雷电引导到地面,防止建筑物被雷击而毁坏。如今,几乎所有高层建筑都要设置避雷针。富兰克林本人还是美国独立战争的伟大领袖,是美国《独立宣言》的起草人之一,他的头像被印在了百元美钞上,永远被人民所敬仰和怀念。

狄维斯故居门口立着他发明的避雷针Ⓞ

百元美钞上的富兰克林头像Ⓨ /cW1bo3DFxyE+rTLvbcSTSTYJ25uNn9ZUhILKozb0tyxmDMOIzLTVHv7jRr2QZ+f

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