1.3 电荷的获得及莱顿瓶的产生一.摩擦起电机的出现人工简单摩擦起电来使物体带电是很有局限性的,要对电现象作进一步研究,必须用有效的方法来获得较多的电荷及电流大约在 1660 年,德国的一位酿酒商和工程师格里凯 O.V.Guorick ,公元 1622 — 1686 )发明了第一台能产生大量电荷的摩擦起电机他用一个球状玻璃瓶盛满粉末状的硫磺,用火烧玻璃瓶直至硫磺全部熔化,等其冷下来硫磺成球状再将玻璃瓶打掉,在硫磺球上钻一孔并将其支在一根轴上,使琉磺球可以自由转动格里凯在 1672 年描述了这架仪器的构造及其使用情况起电时,他用一只手握住招柄摇,使硫磺球不停的转动,另一只手紧贴在硫磺球面上发生摩擦,结果使人体和硫磺球带上了电荷格里凯还发现由摩擦而生的电可以通过一支金属杆传给其它物体;有时候,即使带电体没有与一个不带电物体接触,只要接近到足够近的程度,就可以使该物体带电,这就是我们现在称为的感应起电现象 1709 年,德国入豪克斯比( F.HaMksbee ,公元 1688 — 1763 )制造了一台用抽去空气的玻璃球代替硫磺球的起电机,并在实验中发现,玻璃球由摩擦带电时,产生了类似磷光的现象。
1750 年还有人用巨大的飞轮带动很大的玻璃柱转动,通过皮带与玻璃柱摩擦起电这种基于摩擦起电原理,但已经不再是简单地摩擦一些材料令其起电,而是不断获得改进的摩擦起电机在实验中起了重要作用一直到十九世纪,才由效率高得多的感应起电机所代替 在英国卡尔特修道院领养老金过活的格雷(S.G ray ,约公元 1675 — 1736),也对电荷能不能传递进行了研究,他发现摩擦过的玻璃管上所带的电荷可以转移到木塞上,他用一根带有骨质小球的棍子插到带电的木塞中,骨质小球也带上了电,格雷还用一条长为 24 米的绳子将电荷传送过去他还请一个小孩作了第一次人体带电的实验这样,格雷用实验证实了不仅摩擦可以使物体带电,用其它方法,如传递也可以使物体带电他还发现导体和绝缘体的区别,并把物体分成两类:一种是非电性物体,但却可以传电;另一类是电性物体,然而不能传电另外,格雷认为带电体是否能被磁石吸引无关紧要,即“电的性质”物体与“磁的性质”物体不能相互发生作用 法国王家花园里的一位管家杜菲(C.F.du Fay ,公元 1698 — 1739)对格雷的实验产生了极大兴趣,他也作了不少实验,取得了一些重要的发现 1733 年杜菲发现绝缘起来的金属也可以通过摩擦的办法起电,从而否定了吉尔伯特、格雷等人把物体分为“电的”和“非电的”论断,得出了所有物体都可以摩擦起电。
杜菲勇敢地以自己的身体,重复进行了人体带电的实验他让助手把自己用绝缘丝绳悬吊在天花板上,使自己身上带电,当助手靠近时杜菲突然感到电击引起针刺般的疼痛,同时伴有噼噼啪啪的声响,尽管杜菲吓了一大跳,晚上又重复了这个实验,发现放电过程中有火花闪现杜菲在吉尔伯特制作的验电器的基础上,作了很好的改进,用金箔代替原来的金属细棒杜菲用它对受激带电的玻璃棒及受激带电的琥珀分别进行检验,发现不同的材料经摩擦受激后所带的电可以是不同的,他在发表于一学报的文章中写道 : “因此,由总的性质不同这一点可以认为存在着两种电性物质,一种诸如玻璃、晶体等透明固体另一种诸如琥珀、树脂等沥青树脂类物质”互相排斥的物体具有相同的电性,互相吸引的物体具有不同的电性不带电的物体可以从另一种带电物体获得电性,两者所带的电性是相同的”这就是我们现在常说的同性电相斥,异性电相吸的规律杜菲将玻璃上所带的电命名为“玻璃电”(Vitreos)(即正电),将琥珀上所带的电命名为“树脂电”(Resinous)(即负电),并进而提出了二元电液理论二.莱顿瓶的产生 荷兰莱顿大学的物理学教授穆欣布罗克(P.V.Musshenbrock ,公元 1692 — 1761)和德国的克莱斯特(E.G.Vonkleist ,公元 1700 — 1748) 分别发现,物体好不容易获得的电往往在空气中逐渐消失。
为了寻找一种保存电的方法,穆欣布罗克于 1746 年做了如下的实验:他将一枪管悬挂在空中,用起电机与枪管相连,另用一根铜线一端与枪管相连,另一端浸入盛有水的玻璃瓶中,当他的助手一只手握着玻璃瓶,另一只手不小心触到枪管上,助手猛然感到一次强烈的电击而喊了起来,穆欣布罗克替下助手亲自体验了给他带来极大恐怖感觉的实验这使人们认识到:人体作为导体参与放电过程的瞬间,电会使人感到一种可怕的突然震动和打击,这就是常说的电击(或叫电震)穆欣布罗克还由此认识到,盛水的玻璃瓶通电后,可以将电保存起来穆欣布罗克以亲身的体验劝人不要做这种人体放电实验,却反而引起了更多的人对这类电现象的注意,以致在荷兰和德国公开进行电实验的表演,有许多人为了娱乐也做起电实验来在这些人当中,有法国的电学家诺莱特(A.J.A.Nollet),他开始把这种能蓄电的瓶子称为莱顿瓶(以穆欣布罗克所在大学名称命名) 克莱斯特于 1645 年也发现盛水的瓶中插入导体通电,瓶子能贮电,在德国就把有贮电性的瓶子叫克莱斯特瓶当时所进行的电实验表演中,有用莱顿瓶作火花放电杀老鼠的表演,有用电火花点酒精和火药的表演其中最为壮观的一次表演是诺莱特在巴黎一座大教堂前作的,诺莱特邀请了法王路易十五的皇室成员临场观看,他让七百个修道土手拉手排成一行,形成长达近 900 英尺的队伍,然后让排头的修道士用手握住莱顿瓶,让排尾的修道士用手握莱顿瓶的引线 ( 引线另一端插入瓶内水中 ) ,准备就绪后,诺莱特令人用起电机通过引线向莱顿瓶送电。
瞬间,七百名修道士因受电击同时跳了起来,在场观众无不为之目瞪口呆,克莱特以事实表明了电的威力。