第 49章 科学泰斗的电学试验与发明
现代社会如果没有以电为基础，如同无源之水，无本之木将寸步难行。
电的发明，掀开了人类生活丰富多彩的一页。
由此及彼 从磁到电
电学的起源在西方，出自古希腊。
公元前300多年，古希腊人发现了琥珀吸引小物体的现象和磁石吸铁现象，而且还发现了铁
经过磁化后也能吸引其他铁的现象。这标志着西方电磁学知识的开始。
15世纪末期，英国科学家吉伯最先对磁的现象和摩擦起电现象进行了系统的研究。获得了许
多重要的发现，从而奠定了磁学的基础，并开创了研究电的领域。
在他的著作《磁石》中，表明磁石不需要外来的激励，它本身就具有吸引力；而琥珀则要经
摩擦，才会具有吸引力。磁石只吸引有磁性的物体，而摩擦过的琥珀则能吸引任何的物体。
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，
人类对电的认识也就开始前进了。
以后，德国人古里克发明了摩擦起电机，在经过牛顿和豪克斯比的改进后，使人们第一次
对电有了较大的感性认识，为实验研究提供了电源，对电学的发展起了重要的作用。经过英
国和德国科学家们改进的摩擦起电机，效力和威力都有提高，能够产生强大的火花，特别是
能从
人身上生出火花来，引起了世人的惊奇，促使人们对电的本质、物质结构以及雷电现象等进
行探索，从而促进了电学的发展。
另一方面，这种由人工产生的新奇的电现象，也引起了社会上的关注。这就大大普及了电学
知识，为电学的进一步发展打下了最为广泛的群众基础。
荷兰物理学家穆欣布罗克鉴于带电体所带的电在空气中会逐渐消失，想找出保存电的方法。
此，他试图使玻璃瓶里的水带电，有一次在实验中受到了强烈的电击。1746年1月，他把这
次试验情况写信告诉了他的朋友、法国物理学家雷奥米尔。他相信5英寸直径的白色薄玻璃
可能产生足够致死的电击。试验电机的人可以站在地板上，但必须一只手拿瓶子而用另一只
手激发火花；或者拿一块金属板放在桌子上，然后把瓶子放在金属板上，一只手接触金属板
，用另一只手的手指去接触导线。
法国物理学家诺勒对穆欣布罗克的发现很感兴趣，重复做了穆欣布罗克的实验，并作了一些
改进，使放电更为强烈，诺勒把这种能蓄电的瓶子取名为莱顿瓶，并用它来作电击的表演。
1746年4月，他在法国科学院的会议上演示了莱顿瓶的实验。莱顿瓶很快在科学界传开，引
起当时欧洲科学家们的极大兴趣。美国的富兰克林也对莱顿瓶产生了极大的兴趣，并从此走
上电学研究道路。
富兰克林 风筝试验
1746年，斯宾斯博士从苏格兰到美洲殖民地的波士顿，表演电学实验。当时，富兰克林已40
岁，在事业上卓有成就，已是一位社会名流了。他看到斯宾斯的表演后，感到极为新鲜，又
惊又喜。
而当时的欧洲，正处在电学蓬勃生长的时期。美洲殖民地却仍然处在洪荒时代。富兰克林可
以说是一个拓荒者，他除了看到斯宾斯的一点表演和从柯林孙那里得到的玻璃管等简单工具
以及
沃森的一些文章外，一切都靠自己开创。就是在这样的条件下，他以40岁的年龄，全心投入
电学研究。
富兰克林在早期的电学研究中，就提出了他自己的理论。他认为，所有物体内都存在电火，
当一个物体内电火的含量为普通股时，它便不呈现带电现象，而处在一种平衡状态。如果一
个物体所含的电火超过了普通股或少于普通股，便呈现带电状态。如果他们在带电时接触，
相等性永远不会被破坏，火花是在流通。在实验过程中，他是用火花的强度来判断电量的多
少。他说：“电不因为摩擦玻璃而创生，它只是从摩擦者转移到玻璃上，摩擦者失去的电与
玻璃得到的电严格相等。”这是最早关于电荷守恒定律的实验表述。
富兰克林把含量超过普通股的物体叫做带正电，少于普通股的物体叫做带负电。他规定的
“正电”相当于迪费的“玻璃电”，“负电”相当于迪费的“树脂电”。他发现莱顿瓶内部
正电而外部带负电，这两种电在瓶子中联合和平衡。他发现，当一个物体带正电时，它便排
斥带正电的羽毛或软木小球。当它带负电时，便吸引它们。
自从人类发现摩擦起电产生的电火花之后，便有人联想到电火花和闪电是同一回事，即闪电
是自然界里的一种大规模放电现象。18世纪初，豪克斯比就曾把摩擦起电产生的火花比作闪
电；1720年格雷认为电火花和闪电是同一性质的东西，1746年诺勒进一步指出它们的相同性
。但是，这都是猜想，而不是实验证明的事实。
富兰克林开始作电学试验后不久，根据他所观察到的现象，也认为闪电和电火花是同一种东
西，他更想到闪电是带电的云的大量放电所致。1749年11月7日，他详细地列出了两者的相
同性。
1752年夏天，富兰克林听到法国人成功地实现了岗亭实验，但还不能足够证明这电是从闪电
而来的。
经过思考，他想到用风筝把雷雨云中的闪电直接引来做实验。他用丝手帕做成风筝，在风筝
上安有尖端的导线，放风筝用的线是双股线，线的下端系上一条丝带和一把钥匙。丝带是为
了绝缘用，放风筝时手拿着丝带，以免电通过人身造成伤害。钥匙是导体，以备引出电来。
1752年6月15日，富兰克林带着这个自制的风筝和莱顿瓶，来到费城的广场上，做这一非常
危险的历史性试验。富兰克林把风筝放入闪电的云层中，他一旁观察动静，一道闪电来时，
他突然看到，线上蓬松的小纤维都伸张开来；他把他的指关节靠近钥匙，立即出现火花。几
经试验，都是如此。他使莱顿瓶充电，然后用普通方法让它放电，所产生的效果与摩擦电产
生的效果完全相同。这就是著名的富兰克林风筝实验，它彻底揭开了雷电神秘的面纱，显示
了雷电的本质，是人类认识自然史上的一个划时代的发展。
1750年前后，富兰克林在风筝实验的基础上发明了避雷针。
法拉第 电动机
法拉第出生于英国的一个贫寒的铁匠家庭，13岁便在一家书店工作，
期间博览群书。这些书中有两本特别对他有帮助，一本是《大英百科全书》，另一本是马塞
夫人的《化学谈话》，为他日后的化学和电学试验奠定了基础。
1820年7月，奥斯特公布了他发现电流磁效应的消息，法拉第得知后受到很大启发。他想，
既然电能够产生磁，反过来，磁也能产生电。经过近10年的努力，到1831年他终于发现，一
个通电线圈的磁力虽然不能在另一个线圈中引起电流，但是当通电线圈的电流刚接通或中断
的时候，另一个线圈中的电流指针有微小偏转。并且当磁作用力产生变化的时候，另一个线
圈中就有电流产生。法拉第因此发明了电磁感应定律。
1821年4月，渥拉斯顿在英国皇家研究院尝试把磁棒靠近载流导线，想使导线绕轴转动，试
验没有成功，却引起了法拉第的兴趣，并下决心研究它。通过数次实验，法拉第终于使导线
通有电流时，便绕磁棒不停地转动，这便是电动机的开始。经过许多人的改进，数十年后，
便出现了各种实用的电动机。
1831年10月28日，法拉第发明圆盘发电机。
到19世纪30年代，已发明的电有五种：摩擦产生的电(法拉第称之为普通电)、动物电、伏打
电(伏打电堆产生的电)、温差电和电磁感应产生的电(法拉第称之为磁电)。1833年，法拉第
对上述五种电作了全面的系统研究。他认为：“运动中的电或电流的效应虽然表现于：1
发热
；2磁现象；3化学分解；4生理现象；5火花五种现象，但是，电，不论其来源如何
，或产生的方式如何变化，在性质上都是完全相同的。”
1833年后，法拉第发现了电解定律，证明了电荷守恒定律，提出了电介质的概念，发现了磁
致旋光效应。
富兰克林、法拉第等为电的广泛研究和利用奠定了坚实的基础，从而为人类利用电能打开了
一扇窗户。而后的电报、电话的发明；发电机、电灯的应用；电子计算机的广泛影响，使电
和人类的生活紧密地联系在一起，以至于人类每时每刻也离不开电。电的研究与利用开创了
一个伟大的时代，电的革命也使人类的文明得到迅速的发展。