第一臺起電機,居然出自日理萬機的市長之手!

著名的馬德堡半球實驗也要歸功於他。

17世紀初，科學家們投入到對電的系統研究中。開始的時候，研究只限於靜電方面。當時，獲得電源的唯一方法是摩擦起電。摩擦起電得來的靜電很少很少，要做稍大型的電學實驗根本就不可能。所以，科學家們在這一需求的壓力下，想法改進當時的摩擦起電工具。

怎樣才能方便快捷地獲得較多電源呢？歐洲許多科學家都開始動腦，其中還包括一位特殊的人物，他就是德國馬德堡市的市長蓋裡克（注一）。他的想法很直接，就是製作起電機。

愛科學的市長蓋裡克

所謂起電機，是指利用人力或小動力摩擦獲得靜電的機械。同為產生電流的機械，發電機利用電磁感應產生大電流的交流或直流電，可用於生產生活中；而起電機只能產生較小的電流，主要用於實驗。兩者目的相同，但原理不同，某種意義上說，起電機是發電機的「鼻祖」。

酷愛科學的市長

蓋裡克市長製作起電機不是心血來潮，更不是作秀。

他本是萊頓大學的高才生，學生時代起就對科學很感興趣。他當了35年市長，也搞了35年科學研究。這種情況在世界上也屬罕見。他於1650年發明了抽氣機，後來又用它做了著名的馬德堡半球實驗，證明了大氣壓強的強大，推翻了之前亞里斯多德提出的「自然界厭惡真空」的假說。

1660年，時年58歲的蓋裡克開始研究靜電。電學在當時非常流行，作為物理學家的他也投入電學研究中。某天傍晚，蓋裡克推掉應酬，再次走進自己的實驗室，準備做電學實驗。當他用手指拈住一塊很小的琥珀時，一點很小的噼啪聲傳了過來。細心的他關掉所有燈，連續把琥珀拈起又放下。這時他發現新的現象：伴隨噼啪聲的，還有微弱的閃光。

摩擦過的琥珀生電，吸引羽毛（網絡圖）

「這閃光和聲音，應該意味著靜電被釋放了。」蓋裡克想到這裡，腦海中又冒出新的問題：用手指摩擦琥珀產生的電流太少，且麻煩，這種方式獲得電流不實用。

「這點電量，連實驗用都不夠，更不要說其它了。如果製造一個既省事，電量又多的摩擦起電機那以後實驗就方便多了。」蓋裡克萌發這樣的想法。

簡單實用的起電機

說做就做。經過一年多的研究，蓋裡克終於發明了一個簡單實用的摩擦起電機。

他的發明分兩步。第一步是是製作電源器。雖然琥珀是電源器的最佳材料，但價格太貴，用作器材很不現實。經過反覆實驗，他決定用硫磺來代替琥珀。

蓋裡克先把硫磺敲成碎片，並放進比腦袋還大的球形玻璃瓶中。然後，在實驗室裡對球形玻璃瓶進行加熱，使硫磺熔化。硫磺熔化後一發現有空間，就不斷添加硫磺，直到球形玻璃瓶被硫磺填滿。此時，他向瓶中插入一根木柄。待球形玻璃瓶冷卻後，他用錘子把瓶子打碎，得到一個巨型的黃色硫磺球。此球有兩個特點：一是木柄可以手持，也可以做架子；二是球的一端是正極，一端是負極，方便做不同的實驗。

第二步是產生靜電。蓋裡克把黃色硫磺球放在一個木製的託架上，這樣就做成了一個簡單的摩擦起電機。接著，他左手握住木柄讓黃色硫磺球繞軸旋轉，右手按在球面上，通過手掌與黃色硫磺球的摩擦產生靜電，並讓其貯存到黃色硫磺球裡。

蓋裡克發明的硫磺起電機（網絡圖）

摩擦起電機首次運用便引起轟動。在那個寬闊的實驗室裡，他先從木架上取出貯存著靜電的黃色硫磺球，再拿著它的軸，用正極吸引羽毛。接著，他用硫磺球的負極排斥羽毛，讓它們在空中飄浮。飄飛的羽毛像活著的鳥兒一樣。觀看的同僚們都驚得說不出話來，繼而爆發出掌聲，他們對蓋裡克市長的精彩表演表示嘆服。

「原來，羽毛喜歡靠近它前面任何物體的尖端，並且能夠讓它粘著物體的任何突出部分。這應該是電起作用了。」人家看熱鬧，蓋裡克卻在思考。

待眾人離開後，蓋裡克再次進行實驗。他在桌上點一支蠟燭，當羽毛與燭火約一掌寬的距離時，羽毛突然後退，飛向帶電的硫磺球。

「通過這個起電機，我已經知道物體的尖端對電的特殊作用了！」蓋裡克飛快地記錄了下來。

在今天看來，儘管蓋裡克發明的起電機是那麼簡單，但在當時已是很了不起的發明，因為它標誌著科學研究手段的進步。作為人類製造的第一個起電機，它幫助人類觀察到許多重要現象，並為後人創造更大型、更先進的發電機提供了參考。

由此，電磁學發展的青史上，蓋裡克佔有一席。

後來的故事

蓋裡克發明的摩擦起電機，引起了社會廣泛的關注。應政府部門邀請，他公開表演關於起電機的實驗，王公貴族、平民百姓都很喜歡觀看。教授們用硫磺起電機演示靜電實驗，學生們非常感興趣。據說，有幾個大學教授演示起電機實驗時，由於觀眾佔了座位，學生們只好站在過道或教室外觀看。

社會關注之外，對摩擦起電機最感興趣的還是科學家。繼蓋裡克之後，科學家們紛紛改進摩擦起電機，並取得了很明顯的效果。

幾十年後，蘇格蘭物理學家戈登經過多次實驗後，對硫磺起電機進行了改裝。為提高轉動的速度，他用圓柱體代替硫磺球，轉速每分鐘超過600圈。圓柱體起電機產生的電流，可以殺死小鳥。後來，他的朋友把圓柱體玻璃瓶裝在腳踏板上，並且用皮革墊子代替手掌摩擦，這樣起電機完全實現了機械化。戈登用圓柱體起電機發電，在集會上點燃酒精燈，廣受歡迎。

硫磺起電機之後影響較大的莫過於圓盤式靜電感應起電機。它是英國科學家維姆胡斯於1882年研究多種起電機後製成的，其優勢主要有兩點：一是玻璃圓形板上的兩軸可以反向轉動，轉速比圓柱體起電機的還高；二是能產生較大的電流，甚至可以殺死小豬。此機誕生後，主要在課堂演示靜電現象和節目中的空氣放電現象表演使用。圓盤式靜電感應起電機一直沿用至今。

圓盤式靜電感應起電機。（網絡圖）

話說蓋裡克發明的摩擦起電機雖然能夠產生靜電並進行放電實驗，但他並不清楚哪些物體可以傳電哪些物體不能，也不清楚電到底能不能傳輸。只有弄清楚這些問題，電學實驗才有充分的理論依據，實驗效率也更高。這些問題是誰解決的呢？且看下回《電會跑，還擇物？發現者居然是花甲老翁！》

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【備註】

1、 奧託·馮·格裡克（1602年11月20日～1686年5月11日），德國物理學家、政治家，就讀於萊布尼茲和萊頓大學，曾於1646年～1676年間任馬德堡市市長。就任之後，兢兢業業地工作，不遺餘力地架建橋梁，建造要塞。此外，他親自動手種田，以生產當時奇缺的糧食。

作者：魏德勇