電可以流動和傳輸?最先找到答案的,是一位非電學領域的花甲老翁

2020-08-26 珩祥安全科技

 誰也沒想到,最先找到答案的,居然是一位非電學領域的花甲老翁。

  話說德國馬德堡市市長蓋裡克發明硫磺起電機後,人們對電學產生了莫大的興趣,英、法、德等國科學家通過起電機探索電的奧秘。他們對電的研究,逐步脫離摩擦起電的層面,進而延伸到電的貯存及控制等方面。

  起電機產生的電可以流動嗎?可以從一個物體傳輸到另一個物體嗎?如果能傳輸的話,是否對介質有要求?……這些問題困擾了許多科學家。誰也沒想到,最先找到答案的,居然是一位非電學領域的花甲老翁。

  這老人真奇怪!

  卡爾特修道院位於英國首都倫敦市的中心,主要接納本市無人照料的孤兒或老人。18世紀初,此院住進了一位奇怪的老人。這位名叫史蒂芬?格雷的老人不喜歡圍堆聊天,也不像其他人一樣坐著發呆,而是熱衷於做電學實驗,修道院還專門為他提供了一個電學實驗室。

  格雷畫像(網絡圖)

  格雷本是當地的富商。他出生於染匠之家,30歲之前主要從事絲綢的印染及交易,賺了不少錢。偶然的機會,他與格林尼治天文臺的一位工作人員成為朋友,從此便入了天文學的坑。41歲時,他成為英國三一學院天文臺的兼職員工,業餘從事天文研究。

  儘管格雷在天文學上沒有取得什麼大的成績,但他已成為當地人盡皆知的科學家。50多歲時,生意失敗,家徒四壁,只得到卡爾特修道院求生。

  修道院無法提供天文設備,格雷只好放棄天文研究。當時許多科學家都在研究電,做電學實驗成為一種潮流,格雷自然而然對電學產生了興趣。得知院方提供專門的電學實驗室後,孑然一身的格雷下定決心在電學方面做一番成績。

  電真的可以流動!

  老當益壯的格雷開始了電學研究之旅。他閱讀了所有的電學著作,做了許多電學實驗,但都沒有實質性進展。

  1729年6月的一天,格雷把自己關在實驗室裡,繼續著摩擦起電的實驗。他拿著一支3.5英寸長的空心玻璃管,用毛皮從頭到尾摩擦後,發現玻璃管能夠吸引羽毛。

  很顯然玻璃已帶電。「如果當年蓋裡克知道玻璃也可以帶電的話,那他何必費勁地剝去硫磺球外面的玻璃燒瓶呢?」格雷苦笑。

  格雷把玻璃管兩端用軟木塞塞起來,以防止灰塵進入。這時,他發現了一件很奇怪的事情,軟木塞居然吸引了幾根羽毛!

  「我沒有摩擦軟木塞,它怎麼可能帶電?」格雷感到疑惑,隨即腦海中迸出一個念頭,「難道玻璃管上的電流傳到了軟木塞上?電還會傳輸?」

  為了檢驗自己的判斷,格雷又做了一個實驗。他把一根超過3.5英寸的細棒插入玻璃管的軟木塞中,細棒的另一端用繩索扎一個象牙球。在完全不碰到軟木塞、細棒和象牙球的情況下摩擦玻璃管時,桌上的羽毛竟然紛紛被象牙球吸引了。

格雷用實驗證明電能傳導(網絡圖)

  「原來,電也像水、空氣一樣,可以流動。」格雷興奮地記在本上。通過這個實驗,格雷得出結論:電也可以通過別的物體進行流動。從此,人們把流動的電叫做「電流」。

  電可以流100英尺!

  「電可以流動,那它到底能流多遠呢?」格雷有個習慣,喜歡舉一反三,研究絕不淺談輒止。

  他把象牙球的一端拴在玻璃管上,另一端則拴了一條長20英尺的繩索,並用絲線把繩索懸掛在實驗室的天花板上。當他用力摩擦玻璃管時,象牙球居然吸引了一些羽毛。

  20英尺成功了,40英尺,60英尺還會遠嗎?

  格雷把繩索加到100英尺,發現象牙球仍然可以吸引羽毛。這表明電可以流動100英尺。當他準備進一步實驗時,不想絲線承受不住繩子的重量斷了,實驗暫告終止。

格雷用絲線和繩索做實驗(網絡圖)

  電的傳輸還有條件!

  格雷感覺絲線韌度太差,便用銅絲代替,再拴接著繩索。不料這次象牙球並不吸引羽毛。

  「怎麼回事呢?電去哪裡了?」格雷反覆研究,認為是銅絲把電帶走了。接著,他分別用鋼絲、鐵絲等金屬進行替換,結果依然如此。

  為了弄清哪些物體不會帶走電,格雷把實驗中繩索的長度減短,並先後用玻璃棒、硫磺棒等代替繩索。結果,象牙球又可以吸引羽毛了。

  「自然界的物體應該有兩種,一種是電流可以通過,另一種是不可以通過的。」格雷得出這樣的結論。為了便於區分,他把那些易於讓電流通過金屬及其它物質稱為「導體」,把那些難以讓電流通過的物質稱為「非導體」。後世科學家為了研究方便,把「非導體」改為「絕緣體」。

  進一步研究,格雷終於弄清了摩擦生電的奧秘:琥珀、硫磺、玻璃等絕緣體經過摩擦後,電流不能流動,留在這些物體裡,所以帶上電,能吸引輕微的物體;銅、鐵等金屬導體摩擦後,電流迅速流到與其摩擦的物體中,因此導體摩擦後也不帶電。

導體與絕緣體的實驗。(網絡圖)

  「人體可以導電嗎?」為了解答這個疑問,格雷決定找一個男孩來實驗。他把小男孩用結實的繩子吊在實驗室的頂篷上,離地僅幾公分。再用絲綢摩擦過的玻璃管觸碰男孩的胳膊。很快,地面的羽毛就吸附在男孩身上。格雷拿著玻璃管在男孩身上移動,羽毛一張一團,仿佛在飛。

  「人體也可以導電,人體是導體。」格雷得出這樣的結論。這就是電磁學史上著名的「飛翔的男孩」實驗。

  導體和絕緣體的發現,是電學史上一次質的飛躍,是電學史發展的重要一步。

  後記

  無疑,格雷的發現,加快了電學的發展速度。而他關於導體和絕緣體的實驗和相關理論,讓後人受用無窮。從此,人們在實驗和生活中,會更加注意安全用電,比如電工維修電路時要戴上絕緣手套,有人觸電後不要用手去拉等。科學發展到現在,電的作用變得越來越大,它滲透到人類生活的每一個角落。安全用電的同時,我們應該對為電學作出重要貢獻的格雷說一聲「謝謝」!

  人觸電後,不要用手拉,因為人是導體。(網絡圖)

  人觸電後,不要用手拉,因為人是導體。(網絡圖)

  格雷雖然發現了導體和絕緣體,但他並不知道,其實不同的導體傳輸電的性能也是不同的。導體對電流阻礙作用有多大呢?一些科學家雖然想到並有所提及,但並沒找到答案。直到近100年後,一位德國窮小子終於找到了答案,並總結出一個重要的電學定律。他是誰呢?欲知後事如何,請看下篇:《電阻橫空問世,緣於窮小子的逆襲!》

作者:魏德勇

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