:电流——人类最伟大的十个科学发现之六
本站将陆续推出这十大科学发现的故事,它们分别是勾股定理、微生物的存在、三大运动定律、物质结构、血液循环、电流、物种进化、基因、热力学四大定律、光的波粒二相性,敬请关注。 电流——人类最伟大的十个科学发现之六 塔米姆·安萨利 英国物理学家、医生吉尔伯特(William Gilbert,1544-1603)(如上右图)做了多年的实验,发现了“电力”,“电吸引”等许多现象,并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语,因此许多人称他是电学研究之父。他的主要著作为1600年出版的《论磁性、磁体和巨大地磁体》(如下左图)。全书分为6篇,这是他约17年的研究结晶,记录了600余个实验,叙述了磁的历史及五种磁运动。第二篇中有一章叙述了电的实验。这本书堪称物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著。在吉尔伯特之后的200年中,又有很多人做过多次试验,不断地积累对电的现象的认识。 1734年法国人杜菲(Charles-Francois du Fay,1696-1739)(如上右图)在实验中发现带电的玻璃和带电的琥珀是相互吸引的,但是两块带电的琥珀或者两块带电的玻璃则是相互排斥的。杜菲根据大量的实验事实断定电有两种:一种是与琥珀带电的性质相同,叫做“琥珀电”;一种是与玻璃带电的性质相同,叫做“玻璃电”。 1745年普鲁士(德国的前身)的一位副主教克莱斯特(Ewald Georg von Kleist,1700-1748)在实验中克莱斯特利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他用手触及铁钉时,受到猛烈的一击,他由此发现了放电现象。 1746年,荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克(Pieter von Musschen,1692-1761)(如上左图)在克莱斯特发现的启发下发明了收集电荷的“莱顿瓶”(如上右图)。因为他看到好不容易起得的电却很容易地在空气中逐渐消失,他想寻找一种保存电的方法。有一天,他用一支枪管悬在空中,用起电机与枪管连着,另用一根铜线从枪管中引出,浸入一个盛有水的玻璃瓶中,他让一个助手一只手握着玻璃瓶,马森布罗克在一旁使劲摇动起电机。这时他的助手不小心将另一只手与枪管碰上,他猛然感到一次强烈的电击,喊了起来。马森布罗克于是与助手互换了一下,让助手摇起电机,他自己一手拿水瓶子,另一只手去碰枪管。 “我想告诉你一个新奇但是可怕的实验事实,但我警告你无论如何也不要再重复这个实验。……把容器放在右手上,我试图用另一只手从充电的铁柱上引出火花。突然,我的手受到了一下力量很大的打击,使我的全身都震动了,……手臂和身体产生了一种无法形容的恐怖感觉。一句话,我以为我命休矣。” 虽然马森布罗克不愿再做这个实验,但他由此得出结论:把带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来。只是当时搞不清楚起保存电作用的究竟是瓶子还是瓶子里的水,后来人们就把这个蓄电的瓶子称作“莱顿瓶”,这个实验称为“莱顿瓶实验”。这种“电震”现象的发现,轰动一时,极大的增加了人们对莱顿瓶的关注。 1780年,意大利科学家伽伐尼(Luigi Galvani,1737-1798)(如下左图)在一次解剖青蛙时有一个偶然的发现,一只已解剖的青蛙放在一个潮湿的铁案上,当解剖刀无意中触及蛙腿上外露的神经时,死蛙的腿猛烈地抽搐了一下。伽伐尼立即重复了这个实验,又观察到同样的现象。他以严谨的科学态度,选择各种不同的金属,例如铜和铁或铜和银,接在一起,而把另两端分别与死蛙的肌肉和神经接触,青蛙就会不停地屈伸抽动(如下右图)。如果用玻璃、橡胶、松香、干木头等代替金属,就不会发生这样的现象。他认为这是一种生物电现象,他的《关于电对肌肉运动的作用》论文于1791年发表。 1793年伏打发表一篇论文,总结了自己的实验,不同意伽伐尼关于动物生电的观点。他认为伽伐尼电在质上是一种物理的电现象,蛙腿本身不放电,是外来电使蛙腿神经兴奋而发生痉挛,蛙腿实际上只起电流指示计的作用。伏打在伽伐尼实险的基础上,致力研究两种不同金属的接触。他得出了新的结论,认为两金属不仅仅是导体,而且是由它们产生电流的。用伏打自己的话来说:金属是真正的电流激发者,而神经是被动的。伏打并把这种电流命名为“金属的”或“接触的”电流。 伏打证明这个堆的一端带正电,另一端带负电,当时引起极大的轰动。这是第一个能人为产生稳定、持续电流的装置,为电流现象的研究提供了物质基础,也为电流效应的应用打开了前景,并很快成为进行电磁学和化学研究的有力工具,促使电学研究有一个巨大的进展。伏打的成就受到各界普遍赞赏,科学界用他的姓氏命名电势,电势差(电压)的单位,为“伏特”(就是伏打,音译演变的),简称“伏”。