从大航海到工业革&命-33雷、电和磁
没有电的生活是现代人无法想象的,不过,电的使用只是近200年的事情。在人类历史上,这恰恰是社会经济发展最快的200年,这在很大程度上要归功于电。然而,人类对电的认识却经历了一个漫长而曲折的过程。
雷电,也就是我们今天所说的闪电,是连动物都能注意到的自然现象。中国古代就有雷公电母的说法,但是中国人说的雷其实是指雷声,而电或闪电实际上才是西方人所说的雷电。在古代,不论是东方人还是西方人,都把雷电归结成天上的电,有天上的殿,就有地上的电,那就是静电。
关于静电,最早的记载是在古希腊,在公元前7世纪到6世纪时,哲学家泰勒斯发现用毛皮摩擦琥珀后,琥珀会吸引细小的东西,就如同磁石能吸引铁块一样。在西方,电核一词electron就源自希腊语琥珀的发音。在中国宋代的科学论著梦溪笔谈中也有关于静电的记载。在古代,人们还发现其他一些物品,比如玻璃和丝绸,相互摩擦也能生变。后来又发现玻璃上的电荷和琥珀上的性质相反,于是就有了琥珀电和玻璃店之分。
既然摩擦可以生电,那么能否利用这个原理制造一个产生电荷的机械装置呢?德国科学家奥托格里克在1663年设计了一个摩擦声电机,按照他的设计在转轴上安装一个硫磺球,然后用手柄摇动转轴,另一只手摩擦硫磺球。不过,它的设计显然是无法产生静电荷的,因为人本身就是导体,靠摩擦产生的那点电早就被人体带走了。当时人类还不懂导体和绝缘体的区别,直到1729年,英国科学家史蒂芬格雷才发现导体和绝缘体的区别。不过,格里克的设计给了后人以启发,牛顿建议将硫磺球改成玻璃球,而英国科学家弗朗西斯霍克斯比用玻璃球和绒布制造了一个能够真正产生电荷的发电机。不久之后,他又用抽气泵抽空一个玻璃球,利用玻璃壳外的静电现象进行了人类第一次辉光放电实验,至此,人类了解了静电和电荷。
1745年和1746年,德国科学家冯克莱斯特和格兰莱顿地区的科学家马森布洛克分别独立发明了一种存储电荷的瓶子。它是用锡箔纸在玻璃瓶内外各包上一层瓶塞是绝缘的,保证内外西博之间不会漏电。一只金属棒从瓶塞穿出来,并与瓶子内侧的稀薄连通,以方便输入和取出电量。这实际上是利用了电容器的原理,两个稀薄是电容器的两极,而玻璃瓶本身就是电容器的介质。后来人们根据发明家所在城市莱顿将这种容器命名为莱顿瓶。有了莱顿瓶,人们就可以储存通过摩擦产生的电荷来做实验了。
天上的电和地上的电是不是一回事呢?如果是一回事,那么电的本质是什么呢?第一个,揭示了电的本质的是美国著名的Z治家和科学家本杰明富兰克林……