第五章

勇敢的富蘭克林

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富蘭克林也在場觀看了試驗,引起了極大的驚奇和濃厚的興趣。

於是他也利用玻璃管和萊頓瓶進行實驗,從而踏上了電學研究之路,這時正好40歲。

在富蘭克林研究電時,電學的研究僅僅限於磨擦可以產生電,激起電火花,對人體發生電震。

為什麼磨擦可以產生電呢?富蘭克林做了大量的實驗。其中一個實驗是這樣的。

有甲、乙、丙三人,甲、乙站在與地絕緣的蠟板上,丙站在地上。甲首先用手磨擦玻璃管使它帶電,然後乙用手接觸甲手中的玻璃管,結果乙身上也帶了電。第三步,甲和乙分別同丙接觸,結果都能發出電火花。

但是,如果甲在磨擦玻璃管時接觸到乙,那麼他們接觸到丙時,就沒有電火花產生了。

富蘭克林根據這個實驗得出結論,電是一種在平常條件下以一定的比例存在於一切物質中的要素。

在上例實驗中,他認為甲、乙和丙三人所帶的電是一樣多的,甲摩擦玻璃管使身上的電有一部分轉移到玻璃管上,當乙接觸玻璃管時,玻璃管上的電就又轉移到乙身上了。這時甲身上的電少一點,乙又多一點,當他們和丙分別接觸時,就會發生電火花,重新得到的電量相等。如果甲和乙接觸,電量就會恢複原狀,再和丙接觸,自然產生不了電火花。

於是富蘭克林認識到,電不是摩擦出來的,而是從一個物體轉移到另一個物體,總的電量沒有變化。這一結論就是近代電學中的電荷守恒定律。

有一天,富蘭克林正在做實驗,一邊做,一邊思考著。這時候外麵烏雲滾滾,雷聲陣陣,狂風驟雨打得窗戶直叫,他趕忙來關窗子。

閃閃的電光使富蘭克林產生這樣一個想法,電光和萊頓瓶放出的電火花很相似,天上的電和地上的電是不是同一個東西呢?

對於雷電,幾千年來人類一直是具有神秘和恐懼感的。西方人認為閃電是“上帝的火”,就是聖火、神火,東方人認為雷電是雷公電母的威力。雷電給人類帶來很多災難,它能炸壞高層建築物,使森林起火燃燒,還能致人畜於死地。

富蘭克林決心揭開神秘的雷電之謎。

斯別謝爾的魔術進一步開闊了他的研究思路。

美國,費城。

斯別謝爾,從蘇格蘭來,正在給好奇的美國觀眾表演“奇怪的戲法”。

斯別謝爾右手拿著一根玻璃棒,左手拿著塊綢手帕,他用玻璃棒指著桌上的一堆小紙屑說,這根神奇的玻璃棒能把紙屑吸起來。說著就用玻璃棒在手帕上擦了幾下,然後靠近紙屑,果然,那些紙屑都跑到玻璃棒上去了。

觀眾驚訝,歎服。

接著,斯別謝爾又拿出一個大玻璃瓶。

“這個瓶裏有無窮的力量,能致人疼痛、受傷,甚至死去,哪位不信?”

一個觀眾帶著懷疑的目光走上台來。

斯別謝爾打開瓶塞,突然從瓶裏竄出長長的火花,這位觀眾立即感到疼痛,尖叫著逃往座位。

斯別謝爾把瓶口對著一隻大公雞,雞倒地而死。把瓶口

對著遠處的酒精,酒精立即燃燒,吐出長長的火焰。

眾人恐怖。

富蘭克林非常平靜,他知道摩擦生電和萊頓瓶放電的緣故。那長長的電火花很像天空的閃電光,他越來堅信這一點。

怎樣檢驗閃電就是放電呢?

1750年,富蘭克林提出,要了解雷電,就應該想辦法弄到天上的電,看看它是否和地麵上摩擦生成的電一樣。

要想弄到天上的電,談何容易!

富蘭克林認為,既然萊頓瓶可以通過金屬棒來吸收瓶外玻璃球轉動而產生的電,能否設想在一高地上搭一個帳棚,在棚頂堅一根鐵棒,鐵棒伸入棚內,從而使在棚內的人可以引下雷鳴電閃時的電火花。

1752年5月,法國人達利巴德按照富蘭克林的設想,做了個實驗。他在巴黎郊區自己的園裏裝了一個13米長的金屬杆伸向天空,當雷電交加時,他用金屬絲接近金屬杆,從而成功地從金屬杆上引下了電火花。

1752年7月,富蘭克林在費城進行了一次著名的實驗。他的設想和準備是:

在雷雨天,把一個風箏放到空中,風箏上裝有一段金屬細杆,風箏的棉線上端拴上一個金屬鑰匙,再用一段不導電的絲線拴住鑰匙的另一邊,用鑰匙給萊頓瓶充電。

這一天,烏雲翻滾,電閃雷鳴,早已準備好了的富蘭克林和兒子立即行動起來,“費城實驗”開始了。

富蘭克林在寫給柯林生的信中,激動地描述了這次實驗的實況:

“當帶著雷電的雲來到風箏上麵的時候,尖細的鐵絲立即從雲中吸取電火,而風箏和繩索就全部帶了電,繩索上的鬆散纖維向四周直立開來,可以被靠近的手指吸引。”

“當雨點打濕了風箏和繩索,以致電火可以自由傳導的時候,你可以發現它大量地從鑰匙向你的指甲流過來。”

“從這個鑰匙,可以使萊頓瓶充電;用所得到的電火,可以點燃酒精,也可以進行平常用摩擦過的玻璃球或玻璃管來做的其他電氣實驗:於是帶著閃電的物體和帶電物體之間的相同點,便完全被顯示出來了。”

“費城實驗”證明了雷電和摩擦電相同,獲得了巨大成功。這是富蘭克林勇於開拓、冒著生命危險換來的。他曾親眼目睹斯別謝爾的魔術,萊頓瓶的電火花使那位勇敢者因疼痛而尖叫,何況巨大的天際閃電。我們為富蘭克林感到幸運,更佩服他為科學獻身的精神。

1753年夏天,俄國科學家羅蒙諾索夫和利赫曼,為研究雷電現象,又做了一次基本相似的實驗,遺憾的是利赫曼在實驗中被電擊而死去。

費城實驗在社會上引起了極大的影響。它科學地說明了雷電是一種自然現象,是雷電雲放電的結果,破除了古老的迷信,揭開了雷電的神秘麵紗。

為了減少雷電的破壞性,富蘭克林還進一步發明了避雷針。就是在高樓大廈上安裝一根導線接入地下,從而使雷電經過導線輸入地下,避免雷電損壞建築物。

富蘭克林把對電學的研究和實踐寫成《電學的實驗和研究》,這是近代科學史上第一部係統的電學理論著作。

除電學外,富蘭克林在自然科學的其他方麵也都有廣泛的研究。他研究過火爐的改良,植物的移植,傳染病的防治。還幾次橫渡大西洋,去測量海流的速度和溫度,等等。

富蘭克林不但是自然科學家,而且是政治家。在英國殖民當局統治北美13個殖民地期間,為了維護北美的利益,他和英國殖民者進行了堅決的鬥爭。在北美獨立戰爭期間,他是一位勇敢的戰士,為了取得大國援助,富蘭克林受任出使法國,進行了卓有成效的外交活動。他還是獨立宣言和美國憲法的起草人之一。

富蘭克林的一生,為科學做出了偉大貢獻,為美國做出了偉大貢獻。1790年,富蘭克林逝世。

天地的由來

富蘭克林以他傑出的科學才能、勇敢的探索精神,認識了多少年來一直困擾著人類的雷電的真麵目。

但是,廣闊的天際奧妙無窮。在我們生活的地球上,江河不息,四季循環,晝夜交替,萬物繁榮;在天際,太陽升落,月有圓缺,星星閃爍,構成一幅幅美麗的畫卷。可是,地球是怎樣產生的?宇宙是如何形成的?

這個問題,在古代中國和西方都有說法。

中國人說“盤古開天地”。在太古的時候,那宇宙天地混沌一片,萬物皆不可分。有一位名叫盤古的大神,用一把神斧將宇宙從中砍為兩段。從此,混濁頓開,清者輕上升為天,濁者重下降為地,天日高一丈,地日厚一尺,慢慢地形成了天地日月星辰。

在古代西方,《聖經》裏說天地萬物是由萬能的上帝在一星期內創造出來的。上帝第一天使混飩黑暗有了光,形成白晝和黑夜;第二天造出大地;第三天使地有陸地和海洋之分,陸地上長出青草、菜蔬、樹木;第四天造出天上的眾星;第五天使水裏有魚和各種動物,陸地有動物和昆蟲,還有鳥雀;第六天創造了人。

對這兩種說法,很多仁人誌士表示懷疑,提出了自己的見解。

在我國春秋戰國時期,有人提出天地萬物是陰陽二氣和金木水火土五種物質元素構成的。巴比倫人認為天地由水產生。古希臘人提出過“一切事物的始基是原子和虛空”,認為太陽、月亮和其他星體,以及地球上的生物和無生物都是由原子結合而成的。

這些認識雖然接近科學,但由於時代的局限都停留在思辯性的範圍內,缺乏有力的依據和證明。