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1、欧美雷电科学的建立欧美雷电科学的建立l 6 世纪近代科学先驱英国的弗兰西斯-培根、法国的勒内笛卡儿、意大利的伽利略等人在反对封建宗教神学和经院哲学的斗争的潮流中倡导和宣传了正确的科学思想和科学方法，对当时及后人产生了重大影响，把科学实验提到很重要的地位，在这个基础上建立理性的思维，怀疑一切教条和无根据的论断。许多学者进行实验观察，在 18 世纪中叶对电的本性建立了科学认识，在这基础上很快把雷电的神学面纱揭穿，从而初步建立起雷电科学。先要归功于创造第一个可以人工制造电的起电机的盖利克，他于1653 年做了一个直径十多厘米可以旋转的硫磺球，通过摩擦可获得足够的电来做各种研究，并于 1672 年首次
2、观察到电荷的推拒作用。英国格雷于 1729 年发现物体可区分为二类：导体和非导体。在他的工作的影响下，法国杜菲做了类似的实验，约在 1734 年确定电荷可分为二种，一种被他称为玻璃型的(今称为正电)，一种被他称为树脂型的（今称为负电)，同类相斥，异类相吸。德国主教冯卡莱斯特和荷兰的莱顿城物理学家穆欣布罗克先后于 1745 年和 1716 年发明了来顿瓶并用来表演电的实验。 （莱顿瓶是一个玻璃瓶，瓶里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，棒的上端是一个金属球）美国富兰克林很快见到从欧洲的电学实验表演，产生了兴趣，也动手做实验，并在 1746 年就对莱顿瓶作了改进，并串联起来使用，1
3、747 年，他发表了关于莱顿瓶功效分析的文章，在实验中证明了异种电荷可以相消，第一个提出了正电和负电的概念和电荷既不能创造也不能消灭的思想。第一个把实验室人工产生的电（可称为地电)与闪电(可称为天电)产生联想的人是曾任伦敦皇家学会馆长的豪克斯比，1706 年他使玻璃圆筒摩擦带电，研究它的发光，看到这种闪光与闪电很相似。次年另一英国人华尔使用琥珀摩擦起电获得更多的电，观察到放电不仅产生闪光，且产生类似雷鸣的响声，因此认为雷电很像“地电”的放电。Stephen Gray 在 1735、1736 年进一步从实验总结出结论，说：“天电与地电的电火花在本质是相同的” 。11 年后莱比锡大学语言学教授文克
4、勒于 1746 年发表长达 27 页的论文，论证了他用莱顿瓶产生的强大的火花放电与雷电的相似，认定雷电就是一种电荷含量更多的火花放电。到达这一步还只是一种科学的猜想，真正证实天电与地电的同一性的入是富兰克林，他把天电引到地上来作实验，才使人们信服无疑，这是雷电科学发展史上关键的一步。他到达这一步之前成功地做了一系列实验研究并作出许多重要发现，为这一步莫定了基础。首先他研究了电荷分布与带电体的形状的关系，从面认识了尖端放电，并改进了莱顿瓶，这使他可以获得大量的电荷，用以产生强烈的火花放电，因而在 1751 年伦敦出版的电的实验与观察上总结指出：“到 1749 年 11 月 7 日为止，可以举出人
5、工放电与闪电在 12 方面是相似的，但是尚未能判明天电是否也可以被尖端所吸引。 ”于是决定设计实验来考察，这正是他的高明和所以成为雷电科学和防雷技术上有划时代贡献的科学家的成功之处。实验分为两方面。第一方面是“岗亭实验” ，所谓岗亭就是设计的一个可以容纳一个人的小房子，有遮雨的顶盖，在顶盖上方竖起一根铁棒，上端磨尖，铁棒固定在绝缘底座上，小房子置于高塔或教堂顶上，人可以在小房内观察、作实验。他的信发表后引起欧洲电学研究者的兴趣，法国皇帝路易斯对这一实验很重视，愿亲自看看，于是促使好多位学者积极进行岗亭实验，第一个成功的实验是 l752 年 5 月 MDJAlibard 在巴黎郊外七、八英里外名
6、叫 Marly 的乡村中一座花园里做的，图 22 是他当年设计的实验装置的图纸，竖立的铁棒高 40 英尺。5 月 10 日，值班人员看到雷雨云过顶上对，铁棒下端发出电火花，它与地电产生的电火花完全一样。第二方面则是著名的风筝实验。1752 年 6 月的一天，阴云密布，电闪雷鸣，一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道，带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝，他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大，风筝很快就被放上高空。刹那，雷电交加，大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线，父子俩焦急的期待着，此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝，立即掠
7、过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动，大声呼喊：“威廉，我被电击了！”随后，他又将风筝线上的电引入莱顾瓶中。他设计制作的风筝是用于绢制的，骨架上装有金属尖端，用麻绳作风筝线，绳下端挂了一个金属圈，圈上吊了一个铜钥匙，用以把收集到的电荷引到莱顿瓶，金属圈上系一干燥的丝绳，人手捡丝绳站在遮雨的小屋里，以保证丝绳是不导电的。为了谨慎不致闹笑话，实验时只有 2l 岁的儿子在场作助手因此这一实验当时不为人知，也未留下日期和实验记录。1752 年 10 月 19 日他给好友的信中才透露了实验的情况：把风筝放上去后等了很长时间看不出效果。后来头顶上方到来一朵有希望带着电的乌云，可是仍看不到预想的带电现象。就在这一时刻，细心的富兰克林注意到麻绳上几丝松散出来的纤维竖起来互柜推斥，他立刻把指关节靠近铜钥匙、就看到电火花认钥匙跳向指关节。于是他用莱顿瓶放近铜钥匙来收集“天电” ，用这些“天电”作各种实验，证明它与“地电”完全相同。
