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1、摩擦起电与容器储电摩擦起电机和莱顿瓶的发明电，这个无处不在、神出鬼没的幽灵，人类从认识它到驾驭它、利用它，历 经了好几百年的时间。在古人眼里，雷电是天神发怒的象征。琥珀摩擦后可以吸 引纸屑和芥子；梳头解衣时，往往火花伴随嚅啪声随之而来。 这类现象可以说是 人类认识电的开端，这种认识只局限于一些日常现象。 人们既没有认识到电现象 的普遍性，更没有触及它的本性。电学的发展，只靠观察是不够的，必须进行实验，通过实验有目的地去探索， 才可能掌握电的规律。而实验的进行关键在于能够人为地产生电， 按照人的意志 实现各种电现象，从而达到研究和应用的目的。 所以，基于摩擦起电的道理出现 的摩擦起电机在电学史上
2、占有重要地位。 而能产生稳定电流的伏打电池，则进一 步使人类能够研究和利用电流的各种效应。我们这几节就从摩擦起电机的发明讲 起，再介绍化学电池的发明和电学基本规律的发现，以及电流磁效应和电磁感应现象的发现。1660年前后，在前面提到的那位发明真空泵的德国市长格里克创制了一种机 械装置，可以连续摩擦生电。他取一个儿童脑袋一般大的球形玻璃烧瓶， 把碎硫 磺放进瓶里，一起加热，使硫磺融熔，在加热过程中不断加硫磺，最后，瓶里充 满熔化了的硫磺。再插人一根木柄，等硫磺冷却后，打破玻璃，得到一个漂亮对 称的硫磺球。他把硫磺球支在木架上，如图1所示，让硫磺球转动，同时把一只 手按在球上摩擦，于是硫磺球就会显
3、示出像地球吸引万物般的特性。图2是格里 克发表的另外一张图。实验者正举着带电的硫磺球，球体移到哪里，那里的一切 轻质物体都受到吸引。纸片、羽毛纷纷朝它飞来，水珠滚动，枯叶摇晃。手指靠 近，闪光、爆破声，与雷电无异。图1格里克的摩擦起电机图2硫磺吸引一切物体为什么格里克会想到用一个旋转的硫磺球来做实验呢？原来他并不是单纯为了演示电现象，而是为了证明地球吸引力乃是某种星际的精气”，他的真空实 验，也和这个总目标有关。格里克的硫磺球实验确实模拟了地球的吸引作用， 甚至他还显示了硫磺球的 引力比地球吸引力大。然而，他也发现两者有不同之处。在硫磺球周围，也会有物体被排斥，羽毛在硫磺球和地板之间会上下跳动
4、。 格里克开始领悟到，重力并 不能归结于电力，它们各有特点。接着，格里克又做了许多电学实验，其中包括 电的传导和静电感应，可惜没有得到别人的重视。格里克发明摩擦起电机的消息和他的真空泵一起在欧洲各国传开了。人们竞相仿制并改进他的起电机。人们发现，格里克的摩擦起电机其实不必把玻璃瓶打 碎，甚至不用硫磺，直接用玻璃瓶就可以做实验。 很多人对电感兴趣，有的是为 了研究电的性质，有的则是为了让王宫贵族取乐而用于表演魔术， 但是在有意无 意的探索活动中，逐渐摸清了电的性质。牛顿对电学也很感兴趣。1675年他用玻璃球起电机研究了电的吸力和斥力、 火花放电等现象。1703年12月5日，英国皇家学会热闹非凡，
5、这一天他们有两 件新鲜事。一件是牛顿就任皇家学会主 席，一件是牛顿任命他的助手豪克斯比(F. HauksbeR担任实验师，牛顿希望在皇家学会提倡实验，恢复实验空 气。豪克斯比当众表演了精彩的真空放 电实验。他用摩擦起电机使真空发出辉 光，如图3所示，说明真空也会产生电 的现象。进一步的实验，豪克斯比还用棉线显 示了电力，演示了 电风”。他做了一块 玻璃圆柱体，长17.78厘米，直径也为 17.78厘米，周围是一根木箍，上面等距 离地连着许多条棉线，如图 4所示，当 他旋转并摩擦圆柱体时，棉线沿半径方 向伸直，趋向一个中心。豪克斯比没有忘记他的恩师，他把这一事实联系到牛顿 的宇宙学说，解释说：这
6、些线条就像是受到了重力，沿直线方向吸向中心。1720年又有一位英国人叫格雷(S. Gray),他对电的传导进行了研究，发 现摩擦过的玻璃所带的电可以转移到木塞上，再经细绳传到20米以外的骨质小球(图5)。他还让一个小孩做人体带电实验(图 6)。他用丝绳把小孩吊在顶篷 下，在小孩身下放许多轻质物体，例如羽毛之类。然后将摩擦过的玻璃管接触小 孩腿部，结果小孩的手和头部都能吸引羽毛。 格雷通过实验，发现了电的传导性， 而且分清了导体与绝缘体。图5格雷的导电实验图6格雷的人体带电实验下一步的进展是法国的杜菲(du Fay)作出的。格雷的实验引起了他很大的 兴趣，他总结了前人的经验，提出了许多问题，例如
7、：(1)是不是所有物体都可以靠摩擦带电，电是不是物质的普遍属性？(2)是不是当所有物体接触或靠近带电体时都可以获得电？(3)哪些物体会使电的传递停滞，哪些利于电的传递？哪些物体最容易被 带电体吸引？(4)斥力和吸力之间有什么关系？它们之间是否有联系，抑或是完全独立 的？(5)在虚空处、在压缩空气中、在高温下，电的强度是增还是减？(6)电和产生光的能力之间有什么关系？这是大多数带电体的共同特性。这一关系可以得出什么结论？为了解答这些问题，杜菲进行了一系列实验。他首先发现能够带电的不仅限于琥珀之类的物品，任何东西，包括金属都可以带电，于是他纠正了前人将物体 分为电的“和 邪电的讷类的做法。为了证实
8、一切物体都可以带电，杜菲以自己 的身躯做实验。他让助手用绳子把自己悬吊在天花板上，然后带上电；当另一个人接近他时，从他身上发出电火花，产生嚅嚅啪啪的声响。杜菲最大的贡献是分清有两种电。 他把两小块软木包上金箔，用丝线悬挂在 天花板下，取一玻璃棒，用丝绸摩擦后，分别接触这两块软木，结果软木互相排 斥。他又做了一个实验，取一松香棒，用羊皮摩擦后接触一软木，而用丝绸摩擦 后的玻璃棒接触另一软木，结果发现两者互相吸引。他再用其他许多材料继续实 验，发现有的相互吸引，有的互相排斥。于是杜菲认定电有两种。他把玻璃产生 的电称为 玻璃电”，松香产生的电叫 松香电”。1745年，德国的克莱斯特图7莱顿瓶莱顿瓶
9、（图7）的发明使电学研究又上了一台阶c （E. G. Kleist）做了一个实验。他用铁钉把电通 到窄口药瓶中，瓶中盛水，瓶子与其他物体绝缘。原来他是想把电存在水中。读者也许会觉得他的想 法太幼稚，请不要讥笑他，原始的观念往往导致科 学的重大发明。克莱斯特试验果然有一定效果， 他 再用铁钉将瓶内的水和外界接通时，出现了强烈的 放电现象。克莱斯特没有放过这一现象，而是进一步寻找储存电的规律。他发现，瓶口 及外表面必须干燥（注：不然电就会沿表面爬走了），如果瓶里装的是水银或酒 精，效果更好。克莱斯特把这一发现写信告诉了好几位友人，他们都回信说重复做了实验却 没有能够得到同样的结果，原来克莱斯特在信
10、中少说了一句话：实验者在用钉子 通电时，要手持瓶子的外表面，人站在地上（注：也就是说，瓶子的外表面必须 接地！）。由于这个原因，克莱斯特的发明没有引起人们的注意。与此同时，另外有一位实验家在荷兰也做了类似的实验（图8）。他是莱顿大学物理学教授穆欣布罗克（P. Musschenbruck）。他把金属枪管悬挂在空中，与 起电机连接，另外从枪管引出一根铜线，浸入盛水的玻璃瓶中，助手一只手拿着 玻璃瓶，穆欣布罗克在一旁摇摩擦起电机。正在这时，助手无意识地将另一只手碰到枪管，顿时感到电击。于是穆 欣布罗克自己来拿瓶子，当他一只 手碰到枪管时，果然也遭到强烈的 电击。图8穆欣布罗克的试验穆欣布罗克不久在给
11、友人的信中写道：蒙上帝怜悯，我才免于一死。就是为法兰西王国我也不愿再冒这个险了。 ”信中他详细描述了实验的条件，所用器 材和人的姿势。写得如此真切，令有冒险精神的读者无不跃跃欲试。 后来这封信 公开发表，许多人重复了莱顿的实验，莱顿瓶也由此得名。在用莱顿瓶做试验的人当中，有一位法国电学实验家叫诺勒特（J. A . Nollet）最为出色。他改进了莱顿瓶，大大地提高了电的容量。1748年他在巴黎让二百多名僧人（修道士）在巴黎修道院前手拉手排成圆圈， 让领头的和排尾的手握莱 顿瓶的引线，当莱顿瓶放电时，几百僧人同时跳起来（图9）,使在场的贵族们无不目瞪口呆。诺勒特组织的表 演使电的声威达到了高潮。莱顿瓶的神奇不胫而走，消息传到了美利坚合众国，又引出一 番轰轰烈烈的情景，这时有一位 有名的人物做了许多实验。他图9诺勒特让众僧齐跃 就是美国驻英的一位大使
