可以說,我們的生活離不開電。隨著社會的不斷發展,電對於人類的作用也越來越重要。電照亮了人類生活的另一片世界,高度發展的今天也越來越離不開電,電已經成為我們生活中不可或缺的一部分。
第一節尋覓精靈——電的發現
從人類有意識之時,天空中的電閃雷鳴就引起了人類的思考和崇拜。雷電長時間被看做是神秘的力量,是神的意誌。雷電引發的森林火災是人類接觸火、並開始吃熟食的開端。在漫長的人類生產實踐活動中,人類一直在觀察和研究雷電。對於雷電,目前雖然尚有某些奧秘還沒有徹底揭示出來,但是通過人類長期的觀察和研究,對雷電的成因、活動規律以及對其防範方法、措施等,都取得了不可估量的成就。這足以說明人類在不斷認識自然、征服自然。
在我國,早在古代就有人開始觀察和研究雷電現象了。在《南齊書》中有關於雷電的記述:“雷震會稽山陰恒山保護寺,刹上四破,電火燒塔下佛麵,而窗戶不易也。”意思是,強大的放電電流通過佛像的金屬膜,金屬被融化。由於窗戶是木質的,仍然保持原樣。
每每說起沈括,一定會談到他的《夢溪筆談》,該書對於雷電的描述較前者更為詳盡:“內侍李舜舉家,曾為暴雷所震。
其堂之西室,雷火自窗間出,赫然出簷。人以為堂屋已經焚燒,皆出避之。及雷止,共舍宛然。牆壁窗紙皆黔。有益木格,其中雜貯諸器,其漆器銀者,銀悉熔流在地,漆器曾不焦灼。有益寶刀,極堅剛,就刀室中熔為汁,而室儼然。人必謂火當先焚草木,然後流金石。今乃金石皆鑠,而草木無一毀者,非人情所測也?”其實,由於漆器、刀室這些東西是絕緣體,寶刀、銀扣是導體,才會出現這一現象。此外,古人對雷電活動的規律也有一些認識,比之富蘭克林發明避雷針的年代要早600多年。
西晉時期,張華的記述中說到梳子與絲綢摩擦起電引起的放電以及發聲現象:“今人梳頭,解著衣,有隨梳解結,有光者,亦有詫聲。”唐朝時期,有位叫段成式的人在黑暗中摩擦黑貓皮起電,是這樣記述的:“貓黑者,暗中逆循其貓,即若火星。”
古人不僅研究與觀察電,而且還在生活中有許多應用,例如摩擦起電。
宋代的張邦基在《墨莊漫錄》中記載:孔雀毛紮成的翠羽掃帚可以吸引龍腦(就是可以製造香料的一種物質)。實際上,關於摩擦起電的應用記載在我國古代還有很多,在這裏不一一列舉了。
關於雷電的研究,放眼世界,就不禁會想到被西方國家譽為“雷電之父”的美國科學家-富蘭克林,他耗費了自己畢生的精力從事雷電奧秘的探索和研究工作。
富蘭克林冒著生命危險,用風箏進行了著名的“費城實驗”,從而證實了他的觀點-閃電就是一種放電現象。
1752年7月中的某一天,費城雷電交加,富蘭克林把風箏放入空中,冒著極大的生命危險,把“天電”引入了萊頓瓶,成功地證實了閃電的特性。1753年,他在充分研究了“天電”的特性後,還進行了大量的實驗,以此為基礎發現了尖端放電這一現象。這一發現證明了人類在征服大自然的道路上邁出了具有重大意義的一步。1749年,富蘭克林在以往研究的基礎上發明了避雷針。從此,安裝避雷針成為全世界一項重要的防雷措施,而一直沿用至今。
第二節精靈出世——什麼是電
我們每天都在使用電器,那電是何方神聖呢?電是能的一種形式,包括負電和正電兩類,它們分別由電子和質子組成,也可能由電子和正電子組成,通常以靜電單位(如靜電庫侖)或電荷單位(如庫侖)度量。我們可以從摩擦生電物體的吸引和排斥上觀察到電的存在,在一些自然現象中(如閃電或北極光)也能觀察到它,通常以電流的形式為人類所利用。
我們知道,電也是一種自然現象。電子和質子具有產生排斥和吸引力的屬性。電場的作用是自然界四種基本相互作用之一。電或電荷有兩種:我們把其中一種叫做正電,另一種叫做負電。通過實驗,我們發現帶電物體同性相斥,異性相吸,吸引或排斥力遵從庫侖定律。
關於電,有這樣的規定:絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電荷,毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電荷。
在國際單位製中,電荷是以庫侖為單位的。1庫侖=1安培·秒。
也就是說,倘若導線中載有1安培的穩定電流,則在1秒內通過導線橫截麵積的電量為1庫侖。
雖然庫侖是電荷的單位,但並不是國際標準單位,而是國際標準導出的單位。1庫侖=1安培·秒。一個電子所帶負電荷量e=1.6021892×10-19庫侖,也就是說1庫侖相當於6.24146×1018個電子所帶的電荷總量。