风雨交加的黑夜,天空闪耀着惨白色的亮光,震天动地的鸣响在大气中回旋,古时愚昧的人常常被这爆炸性的闪光所击死,建筑物也被击垮和焚烧。恐惧过后,人们只有祈祷上苍保佑他们,但是灾难总是不断地降临人间,人们十分害怕这大自然中的神灵,一向都认为雷、电是神的意志的体现,是不可抗拒的力量。不同的民族,都根据自己的实践和想象,塑造了各种神的不同的形象。我们的祖先信奉的是尖嘴的雷公与电母,使人望而生畏。
雷、电果真如此厉害不可抗拒吗?这得研究研究,摆脱了迷信的科学家都这么想,而第一个揭开雷、电秘密的是著名的美国社会活动家、科学家富兰克林。
1749年,富兰克林大胆地力排众议,提出雷电和摩擦电具有相同的性质。为了证明这一论断,他和他的儿子冒着生命危险,做了一次“天电传输”试验。富兰克林用丝织手帕做了一个风筝,上面绑扎了一根长长的细铁丝拖到地面。风筝在电闪雷鸣、风雨交加之中扶摇直上,接近了带电的云层。富兰克林心情非常紧张,他知道这种“引火烧身”是很危险的。但是,他宁愿为科学事业而献身。他叫儿子站远一点,并对儿子说:“万一不幸,你替我填好实验报告书,好为科学研究积累资料”。雷鸣电闪,大雨滂沱,富兰克林小心翼翼地把莱顿瓶顶部接触风筝绳下端的铁钥匙,莱顿瓶立刻充电了。这说明云中的闪电与人工摩擦电性质相同,从而有力地证明了富兰克林的科学理论。
那么,电的本质到底是什么呢?最初,人们以为电就象热和光一样,是没有重量的物质。但是,许多事实却否定了这种看法。
十九世纪上半期,法拉第发现电总是由一份一份最小的电量(或叫电荷)所组成。后来,通过研究气体中的电流等试验,才知道携带最小电荷的是一个个微小的粒子。
这些微粒是什么?它们有什么特性呢?要回答这些问题,必须从物质的结构说起。
大家知道,世界上形形色色的物质都是由很小的微粒——分子组成的,分子又是由原子组成的。原子虽小,构造却很复杂。简单地说来,每个原子都由电子和原子核两部分所组成。每个电子带一个单位的负电荷,负电荷就是古人所说的“树脂电”(常用“-”号表示,过去我们把它叫阴电)。原子核带有正电荷,正电就是古人所说的“玻璃电”(常用“ ”号表示,过去我们把它叫阳电)。不同原子所带的正电荷与负电荷不同,但同一种原子所带的正电荷数都跟负电荷数相等。当正电荷与负电荷数量相同、距离相近时,它们相互的作用力就达到平衡,所以对外不显示电性。这正是通常物体不带电的原因;换句话说,不带电的物质实质上是正电与负电的组合。
但是,在某些特殊条件下,外力却会破坏物质中正负电的平衡。比如,把两个物体相互摩擦时,由于密切接触,温度升高,就会增强物体内部分子和原子的热运动,使它们互相碰撞的机会增多。这时,位于原子中心的核,由于质量较大,基本上保持不动,而带负电荷的电子则容易从一个物体闯进另一个物体,结果失去电子的那个物体就带了正电,获得电子的那个物体就带了负电。可见摩擦起电,实质上是将物体中正负电给分开了。
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吉伯的贡献
除雷电外,人类最早是通过摩擦后的琥珀、玳瑁等吸引小物体的现象认识电的;当然,这仅仅是认识电的开始。此后,经过了一千多年的漫长岁月,人类对电的认识没有进展。直到1600年吉伯出版《磁石》一书,人们才认识到许多东西都具有琥珀的性质,即都能摩擦起电。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,人类对电的认识便开始前进了。