人类最伟大的十个科学发现之六:电流
古希腊人已经发现用毛皮磨擦过的琥珀能吸引一些像绒毛、麦杆等一些轻小的东西,他们把这种现象称作“电”。公元前585年,古希腊第一位自然哲学家泰勒斯(Thales,公元前625~公元前545年)已经注意到摩擦(带电)的琥珀能吸引细小的绒毛。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”。
英国物理学家、医生吉尔伯特(William Gilbert,1544~1603)做了多年的实验,发现了“电力”,“电吸引”等许多现象,并最先使用了“电力”、 “电吸引”等专用术语,因此许多人称他是电学研究之父。他的主要著作为1600年出版的《论磁性、磁体和巨大地磁体》。全书分为6篇,这是他约17年的研究结晶,记录了600余个实验,叙述了磁的历史及五种磁运动。第二篇中有一章叙述了电的实验。这本书堪称物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著。在吉尔伯特之后的200年中,又有很多人做过多次试验,不断地积累对电的现象的认识。
1734年法国人杜菲(Charles-Francois du Fay,1696~1739)在实验中发现带电的玻璃和带电的琥珀是相互吸引的,但是两块带电的琥珀或者两块带电的玻璃则是相互排斥的。杜菲根据大量的实验事实断定电有两种:一种是与琥珀带的电性质相同,叫做“琥珀电”;一种是与玻璃带的电性质相同,叫做“玻璃电”。
1745年普鲁士(德国的前身)的一位副主教克莱斯特(Ewald Georg von Kleist,1700-1748)在实验中克莱斯特利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他用手触及铁钉时,受到猛烈的一击,他由此发现了放电现象。
1746年,荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克((Pieter von Musschen,1692~1761)在克莱斯特发现的启发下发明了收集电荷的“莱顿瓶”。因为他看到好不容易起得的电却很容易地在空气中逐渐消失,他想寻找一种保存电的方法。有一天,他用一支枪管悬在空中,用起电机与枪管连着,另用一根铜线从枪管中引出,浸入一个盛有水的玻璃瓶中,他让一个助手一只手握着玻璃瓶,马森布罗克在一旁使劲摇动起电机。这时他的助手不小心将中另一只手与枪管碰上,他猛然感到一次强烈的电击,喊了起来。马森布罗克于是与助手互换了一下,让助手摇起电机,他自己一手拿水瓶子,另一只手去碰枪管。
“我想告诉你一个新奇但是可怕的实验事实,但我警告你无论如何也不要再重复这个实验。......把容器放在右手上,我试图用另一只手从充电的铁柱上引出火花。突然,我的手受到了一下力量很大的打击,使我的全身都震动了,……手臂和身体产生了一种无法形容的恐怖感觉。一句话,我以为我命休矣。”
虽然马森布罗克不愿再做这个实验,但他由此得出结论:把带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来。只是当时搞不清楚起保存电作用的究竟是瓶子还是瓶子里的水,后来人们就把这个蓄电的瓶子称作“莱顿瓶”,这个实验称为“莱顿瓶实验”。这种“电震”现象的发现,轰动一时,极大的增加了人们对莱顿瓶的关注。
18世纪中叶,在大洋彼岸的美国科学家本杰明.富兰克林(Benjamin Franklin,1706~1790)又做了多次实验,进一步揭示了电的性质,并提出了电流这一术语。他认为电是一种没有重量的流体,存在于所有的物体之中。如果一个物体得到了比它正常的份量更多的电,它就被称之为带正电(或“阳电”);如果一个物体少于它正常份量的电,它就被称之为带负电(或“阴电”)。所谓放电就是正电流向负电的过程。富兰克林的这一说法,在当时确实能够比较圆满地解释一些电的现象, 但对于电的本质的认识与我们现在的“两个物体互相磨擦时,容易移动的恰恰是带负电的电子”的看法却相反。