法拉第(17)_应天故事汇

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一七

风筝是用一块大绸巾做的，它缝在杉木做的十字形框架上，框架顶上有根三十多厘米长的粗铁丝，头上磨得很尖，就像前几年发明的避雷针一样。原来，富兰克林想用风筝把天上的电引到地上来。他已经做过好几次实验，都没有成功。“今天这个办法该行了吧！”富兰克林的眼睛盯住迎着暴风雨忽上忽下的风筝，心里想着。　　突然，又是一道长长的闪电，像一把巨剑把灰黑的天穹劈开一条狭缝。过了一会儿，从远方滚来了雷声。“行了，行了！”富兰克林喃喃地自言自语。原来钥匙缎带上的绒毛正在微微抖动。他心里一阵高兴，禁不住伸出手去摸那把钥匙。他左手的食指慢慢地向着钥匙移动，30厘米，15厘米，5厘米距离越来越近。忽然，“哧”的一下，他的手麻了一下，手不由自主地缩了回去。他吓了一跳，怔怔地看着自己的手指。可是那只手指，仿佛受到一个巨大吸引力，又慢慢向着钥匙移去。又“哧”的一下跳过一个火花。　　富兰克林高兴极了，他成功了。　　富兰克林叫儿子把他带来的大玻璃瓶拿来，原来那是一个菜顿瓶，专门用来贮存电荷的。瓶的内外表面都贴一层锡箔，瓶里装一点水，瓶塞上插着一根细铜棒，一直通到瓶底。这样，电荷就可以通过铜棒贮存在锡箔上。富兰克林叫儿子捧着菜顿瓶，把铜棒在铁钥匙上靠一下。然后，富兰克林用手去摸铜棒，他只觉得手上麻了一下，就弹开了。很明显，菜顿瓶已经充上电，铜棒和里面的锡箔是一个极，外面的锡箔是另一个极，这两个电极通过富兰克林，他的儿子和大地成一个回路放电了。这菜顿瓶上的电是哪里来的呢？是天上来的。天上的电并没有什么神秘，它的特性与琥珀、玻璃和毛皮摩擦以后所带的电一样！雷霆不过是带电的雷雨云在放电，和菜顿瓶的放电并没有什么本质的不同。不过规模更大，更有声势罢了。“上帝”能办到的事情，人类也能办到！　　富兰克林用一个风筝，把天上的火“偷”到地上来了。这位“普罗米修斯”偷完天火回来，虽然没有被绑在高加索山上任凭飞鹰啄食他的心肝，却也是漉漉的一副狼狈相，受到邻居讥笑。不过冷嘲热讽他听得多了。对于他的避雷针，就有人骂他“胆敢干预上天的事情”，是“狂妄”。那一年发生旱灾，就有人令他拆下装在屋顶上的避雷针，因为这样做是“亵渎上帝”，“震怒了上帝”。这些事情富兰克林都不在乎。　　值得庆幸的是，他不仅发现了科学真理，而且他居然没有被雷电打死。　　富兰克林的风筝实验引起欧洲科学界的巨大兴趣，电学研究越来越深入。然而，直到18世纪末，大家研究的主要还是静电。摩擦能够生电，这种电又可以通过感应，使别的物体也带上电。比如用丝绸摩擦一根玻璃棒，使它带上正电荷。把这根玻璃棒靠近一个金属球。因为金属是导电的，电荷电能够在它上面自由移动，根据同性相斥、异性相吸的道理，金属球上的负电荷就会朝着带正电的玻璃棒的方向移动。正电荷就会向着反方向移动。这样，金属球靠近玻璃棒的一端就带负电，另一端就带正电。这时候如果用手去摸金属球，因为人体是导电的，所以等于把金属球和地球接上了，但是地球很大，金属球上那一点点正电荷根本算不了什么，一下子就被地球“否定”掉了，而负电荷，由于玻璃棒上的正电荷的吸引，仍旧留在金属球上，因此把手拿开以后，再把玻璃棒移走，金属球就带上了负电。这个过程叫做感应起电。　　富兰克林的雷电实验，也没有跳出摩擦生电和感应起电的范畴。在炎热的夏天，地面上的水气迅速蒸发、上升，和空气发生剧烈摩擦，带上了电，这和用丝绸摩擦玻璃棒使玻璃棒带电的道理是一样的。富兰克林和风筝，从顶上的铁丝到下面的铁钥匙，构成一个大导体。如果风筝附近的雷雨云带的是正电，那么风筝上的铁丝就带负电，而下面的铁钥匙就带正电，这就是通常所说的静电感应。　　摩擦和感应所产生的电，可以贮存在菜顿瓶的内外锡箔上，这种电是静电。菜顿瓶放电的时候，两个电极之间可以产生火花，也可以发出劈劈啪啪的声音，但是随着放电的进行，两极上所贮存的正负电荷迅速中和，所以莱顿瓶的放电过程时间很短，不能稳定电源。靠静电产生稳定的电流是不行的，必须有一种新的电源。　　发明这种新电源的是意大利物理学家伏打。这项重要的新发明是由一件似乎很偶然的事情触发起来的。　　时间在1780年。　　1791年，伽伐尼发表自己的研究结果，引起了学术界的热烈讨论。赞成伽伐尼的观点的人，认为动物电就是普通的电；反对他观点的人，认为动物电和普通的电是两种不同的东西。还有一派以帕维亚大学自然哲学教授伏打为首，他们根本否认动物电的存在。伏打认为，伽伐尼作出了一个伟大的发现，却对自己的伟大发现作了错误的解释。所谓的流电现象，根源不在于青蛙体内存在什么动物电，而是在于铁盘和铜钩是两种不同的金属。青蛙的神经和肌肉不过是构成回路的导体罢了。　　从1793年到1800年，伏打对各种金属作了大量的研究。开始，他用一个个小水碗，碗里盛上盐水，再把铜、铁、锡、锌各种金属放在盐水里，看哪两种金属之间产生的电流最大。结果他选中了铜和锌这两种金属。一块铜片，一块锌片，浸在盐水里，就做成了一个电池。这是世界上第一个电池，是一切现代电池祖先，为了纪念发明它的人，叫做伏打电池。　　在伏打电池中，铜片是正极，锌片是负极，只要用导线把正负极连接起来，就会有电流通过。从此人类有了电源，可以产生稳定的电流了。　　后来，伏打对于自己的电池作了几项改进：第一，用稀酸代替盐水，改善了电池的导电性能。第二，用浸过盐水或稀酸的圆形厚纸片代替盐水或稀酸的碗，这样既可以防止液体洒出来，也省得不小心把碗打破。　　第三，用圆形铜片和圆形锌片作电极，它们和浸过盐水或稀酸的圆形厚纸片一样大小；一块锌片上放一块纸片，纸片上放铜片，铜片上再放锌片、纸片、铜片，锌片、纸片、铜片按照这样的顺序迭起来，等于把许多伏打电池串联起来，形成一个所谓的伏打堆。　　从最上面的铜片引一根导线作正极，从最下面锌片引一根导线作负极。每两种金属之间的电压是一定的。　　比如，铜和锌之间是1.09伏特。一个伏打电池的电压是1.09伏，10个伏打电池串联起来的伏打堆就是10.9伏，100个就是109伏。这样，电流就可以加大许多倍。用伏打堆放电，也能够劈劈啪啪地打出火花，就像莱顿瓶放电那样。伏打用出色的实验证实了自己的理论。　　1800年3月20日，伏打写信给英国皇家学会会长班克斯，宣布了自己的新发明。两位英国学者尼科尔森和卡斯尔闻讯立即动手，制了一个伏打堆。

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