「電力革命」04製造「摩擦起電機」的市長

2020-12-04 假裝科學

現代科學實驗在歐洲開始萌芽後,開始流行起一種「科學表演實驗」,人們就像看魔術一樣,追逐著這些表演。

自從吉爾伯特在女王面前表演靜電實驗之後,靜電實驗開始在歐洲貴族中悄悄傳播開來。不過這個時代是屬於蒸汽的時代,也由於琥珀產生的靜電不多,這種表演沒有在大眾面前流行起來。

到了1660年左右,德國馬德堡市市長格裡克發明了可以輕鬆產生大量電荷的摩擦起電機,人們對靜電的研究才真正開始。

奧託·馮·格裡克

格裡克

1602年,奧託·馮·格裡克出生於馬(格)德堡市一個貴族家庭,他的祖父和父親曾經擔任過馬德堡市市長。

格裡克從小接受家庭教育,15歲進入萊比錫大學學習法律和哲學。18歲時父親去世,格裡克中斷學業返回家中,隨後進入萊頓大學轉學習數學和物理以及工程學。

1626年,24歲的格裡克完成學業返回馬德堡,被推選為議員。這一年格裡克娶了同歲的妻子格裡基,他們生了三個孩子,但兩個夭折。43歲時格裡基離世,7年後格裡克娶市長的女兒多蘿莎·倫特。

1631神聖羅馬帝國攻入馬德堡市,據說全城兩萬多人被殺,只剩下4000人倖存,建築全部燒毀。這場戰爭就是1618年到1648新教與天主教爆發「三十年戰爭」,波及整個歐洲。

三十年戰爭

戰後,僥倖逃脫格裡克再次回到的馬德堡,依靠自己的威望和工程學知識,領導民眾重建城市,發展釀酒業發展經濟。1646年,44歲時格裡克被選舉為市長,直到72歲退休。

1681年1月,為了躲避瘟疫,他到漢堡兒子家中 ,直到1686年5月11日去世,5月23日遺體被運回馬格德堡,葬於烏爾裡希斯基教堂,現在有一所以他的名字命名的大學。

格裡克大學

半球實驗

格裡克在任職期間進行了大量科學實驗和研究,其中最為我們熟知的是他進行了「馬德堡半球實驗」,並於1672年出版了《關於真空的馬德堡新實驗》一書。

格裡格相信絕對空間絕對虛空的存在,反對亞里斯多德關於「自然界厭惡真空」的說法。1650年用兩個單向閥門加上氣缸和活塞,成功製作了抽氣泵

1654年5月8日,格裡克在雷根斯堡向當時的神聖羅馬皇帝斐迪南三世展示了他所設計的半球實驗。將兩個半徑35.5釐米半球合在一起,抽出裡面的空氣,這兩個半球就緊緊的合在一起,最後用了16匹馬使勁拉,才將他們分開。

加斯帕爾·肖特繪製

格裡克此後在多處地方演示過他的實驗,比如在1657年和1663年分別在馬德堡市和柏林向公眾展示過這個實驗,格裡克在書中稱這個實驗為「馬德堡半球實驗」。

《關於真空的馬德堡新實驗》插圖

這些實驗向人們展示了大氣壓力的存在,他證明抽水機能夠抽上水,是因為大氣壓的壓力作用,而不是因為「自然界厭惡真空,所以水主動去填充真空。」

除了半球實驗和發明真空泵以外,格裡克還製作了晴雨表(氣壓表)用來預測天氣,他還做過抽空氣滅火、真空不能傳到聲音、拉開氣缸活塞自動回彈等實驗。他曾抽出玻璃球中的空氣,以稱量空氣的質量,結果導致玻璃球爆炸。他同意亞里斯多德的自然位置說,認為地球是沒有質量的。

格裡克試圖通過科學實驗提升自己的影響力,並把這種影響力轉移到政治活動中。他希望將馬德堡重建建成一個自由城市,但最終馬德堡還是變成了普魯士統治下的一個公國。

起電機

大約在1663年,格裡克成功製作了還可以大量產生電荷的機械裝置。他將大量的碎硫磺融化後,放入一個腦袋大的玻璃球殼中,並沿球的直徑插入一根稍長木棒作為軸。硫磺凝固後就形成了一個光滑的硫磺球。

格裡克的起電機

克裡克打破玻璃殼,將硫磺球的軸橫放,用木架支起支起來,然後一手轉動硫磺球,另一隻手則按在硫磺球的表面,這樣硫磺球上就產生了大量的電荷。

在試驗中,格裡克觀察到紙片,樹葉羽毛都被硫磺球吸引過來。然後又被推開,漂浮在空中,這是他他認識到靜電力具有排斥的作用

另外由於硫磺球帶的電荷比較多,格裡克還看到了類似閃電的放電現象。另一個現象是他發現與硫磺球連在一起的繩子也帶上了電,這說明電可以傳導

豪克斯比和上帝之光

格裡克的起電機製成之後,逐漸在歐洲傳播開來,很多人都重複和改進這個實驗。其中影響最大的是「無名英雄」豪克斯比。

1660年弗朗西斯·豪克斯比出生於英國科爾切斯特,在家中排行第五。他的父親是一個布商,同時也是當地議員。18歲時豪克斯比在大哥的商店當學徒,25歲結婚後開了自己的窗簾商店。

不知什麼原因,從1701年開始,他轉行開始製作真空泵和氣動發動機,這使得他對科學實驗儀器產生了極大的興趣。同樣不知什麼原因,不久後他又成為了牛頓的實驗助理。

豪克斯比的「雙筒氣泵」

1703年,胡克去世,牛頓成為皇家學會會長,豪克斯比被任命為首席實驗師,並在牛頓主持每周例會上演示實驗,同時開始在學會會刊上刊登他的實驗報告。

1705年,豪克斯比在研究格裡克的起電機時,發現玻璃球可以摩擦起電,不需要硫磺。後來他將兩個玻璃半球粘合在一起,加上曲軸手柄來搖動;同時玻璃球抽成真空,在裡面充入了少量汞蒸氣。

《物理機械實驗》插圖

當他熄滅燈光,用手壓住玻璃球,並搖動手柄時,看到了玻璃球中閃爍著藍色的「小閃電。」這其實是氣體的輝光效應,不過當時的人們並不明白。利用這個裝置,他還發現了「靜電風」的存在。

豪克斯比的實驗立刻引起了轟動,人們用「創造了上帝的奇蹟」來形容這個發明,隨後他當選為皇家學會會員。

作為儀器製造商,豪克斯比抓住商機成立公司,製作了大量起電機售賣。這興起了對電學研究的新高潮,這種機器在此後的一百多年裡一直被用於產生靜電,直到感應起電機出現。

1708年豪克斯比還獨立發現了氣體的查理定律:氣體壓強一定時,其體積與溫度成正比。

1709年,他將自己實驗儀器製造工藝和發表的50多篇實驗報告自費集結出版,書名叫做《物理機械實驗》,其中大多數跟真空有關,並結合了光學、毛細現象、聲音和動物行為等實驗,這本書後來被翻譯成義大利語、荷蘭語和法語在歐洲流傳。

1713年4月29日,豪克斯比去世,葬在倫敦的聖鄧斯坦西教堂。

豪克斯比長期以來只是被當作牛頓的助手而被人所知,但其實他的實驗儀器製造對英國的科學發展提供了巨大的推動力。在2010英國皇家學會成立了豪克斯比獎,以表彰「科學,技術,工程和數學的無名英雄」

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