书城科普读物探索未知-电磁学知识漫谈
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第9章 电荷守恒定律

本杰明·富兰克林是美国著名的科学家和政治活动家。出生于波士顿的一个贫苦家庭里,只念了几年小学,便到一所印刷房去当学徒。渴求知识的愿望,使他选择了自学成才的道路。他充分利用印刷房和书店的联系,如饥似渴地阅读了大量书籍,为他从事物理学的研究打下了深厚的基础。他一方面参加了美国的独立战争并担任了许多社会公职,另一方面醉心于科学研究,他的研究成果汇集于《在美国费城进行的关于电的实验和观察》一书中,此书于1753年出版。富兰克林为祖国的解放事业和科学事业作出了自己的贡献,被美国政府和人民誉为“伟大的公民”。

富兰克林对静电学的最重要贡献,是发现了电荷守恒定律。莱顿瓶发明后,他接到朋友寄来的一只莱顿瓶,并向他说明了使用方法,这引起了他的很大兴趣。于是,他利用莱顿瓶做了大量的静电方面的实验。他发现,两个带有不同性质电荷的带电体,相互接触后可以呈现中性。根据这种相消性和数学上的正、负数的概念,他把“玻璃电”称为正电,把“树脂电”称为负电,并进一步从电荷的相消性,推出如下结论:①正电和负电,在本质上不应有什么差异;②摩擦起电过程中,总是形成等量的异种电荷;③摩擦起电过程中,一方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。于是,在上述推论的基础上,他总结出一个普遍的原理:电荷既不能创生也不能消灭,只不过是从某一个带电体转移到另外一个带电体,在电荷转移过程中,电荷的总量是不变的。这就是电荷守恒定律的最原始的表述方式。

电荷守恒定律是物理学中一条比较普遍的守恒定律,富兰克林为电磁学理论建立了第一块颇为重要的基石。

另外一项研究成果,是他对雷电成因的研究以及奉献给人类社会一只避雷针。据说1752年某一天,富兰克林正在做实验,他的夫人在旁边观看,偶不小心碰着了莱顿瓶,突然发生了闪(电)光和轰鸣声,夫人被击倒了,差一点发生了人命。但是,这件事却引起了他的联想,当时所发生的情景与天上的闪电雷鸣非常相似。于是,他又进行了几个实验,来研究天电与地电的相似性。他用绸子做了一个大风筝,风筝绳的下端拴了只铜钥匙,使它与莱顿瓶接触,终于把天电引了下来。经过实验证明,天电与地电有12点相同之外:①发光;②光的颜色相同;③光的路线是弯曲的;④时间都很短促;⑤皆能由金属传导;⑥都发出响声;⑦可在水中发生;⑧可使物体分裂;⑨能杀伤动物;⑩能熔化金属;能引起燃烧;都发出硫磺味。他不仅断定天电与地电性质相同,是同一种电,而且还认为都是因摩擦而产生的。从而提出了云层因相对运动而发生摩擦带电的假说。

上述12个相同点,都是富兰克林通过实验获得的。例如,杀伤动物这一点,他做了杀伤火鸡的实验。据说,有一次他做用电杀伤火鸡实验时,不小心自己被电击晕了。但他苏醒后却说了一句笑话:“好家伙,我本想电死一只火鸡,结果差一点电死一个傻瓜。”这一句开心话,却反映了富兰克林为科学研究不顾个人安危的献身精神。

在研究雷电成因的同时,他发明了制伏天电的一根钢针——避雷针。他为了使这项新发明能更快地推广到世界各地,拒绝了当局授予他发明避雷针的专利权,这种科学观和态度是值得钦佩的。一只针,不知拯救了多少生命,使多少房屋免遭焚毁和破坏。富兰克林对人类社会的这一重大贡献,人们是不会忘记的。