英国皇家学会较法兰西学院更早成立,虽然经度问题仍然是学会最重要也是最难的课题,不过,英国皇家学会并未如法兰西学院一般设立专门研究经度问题的机构——即未成立专门的天文台.因为包括牛顿,胡克,哈雷在内,英国最重要的科学家一致认为:经度问题无法解决,也不知道到什么时候能够解决,建造天文台,想以月距法或木星卫星法解决海上定位至少在当时的技术条件下是不可能,所以,成立天文台研究航海定位是白费力气.
这时有一个年轻人出现了,他叫弗拉姆斯蒂德,他继续了格里克的研究,制造出了更精确和实用的气压计和温度计,由于这个原因他得到英国国王的重用,并且在1675年成立格林尼治天文台时, 弗拉姆斯蒂德成为了第一任台长.
同年,电学又有了意料之外的发现.
日期:2011-09-29 19:24:40
4.8 1675年水银发磷光
格里克发现静电吸引后会发生排斥的现象,如果静电量足够,被排斥的细小物体距带电体不远,就会再被吸回,从而不断跳舞.后来有科学家发现其实早在1629 年,卡贝乌斯就在偶然中发现过,他在其《磁学哲学》里,描述了被起电的琥珀所吸引的铁屑有时怎样在接触后被反冲到几英寸距离之外.
牛顿和他的好朋友都听说了,在1675 年,正想方设法要以月距法解决经度问题的牛顿用一块玻璃做摩擦起电实验,他把玻璃架在一个黄铜环上。在玻璃的内空间放置一些碎纸片。当快速用力的摩擦玻璃时,牛顿注意到,碎纸片上下跳动,不断的吸引和排斥。皇家学会的一些会员在牛顿的指导下又重做了这个实验。不过,这时的牛顿正苦于无法计算月球的轨道,这是月距法最难解决的问题之一,在看到电磁学在导航上不会有进展后,牛顿也放弃了.
这时,法国巴黎天文台的天文学家让・皮卡尔在让人搬运一台气压计时发现,气压计的真空里竟闪闪发光,在黑暗中异常的美丽。接着,皮卡尔有意识的在黑暗中摇动一个气压计的水银柱,也一样发现了这种独特的磷光。
这一奇特的现象引起 了不小的轰动,先是法国人,然后整个欧洲的人们争相撰文议论它。围绕这一现象的本性,许多科学家展开了一些争论,有很多种说法。其中一种比较得到认可的说法认为,这是由于水银中含有 硫或一种特殊的 “磷”,认为是它们引起的发光现象.
英国皇家学会会员和干事弗兰西斯•豪克斯贝也对此发光现象产生了兴趣,开始了他的电磁学研究。豪克斯贝在实验后猜测,这种现象起因于水银摩擦玻璃管壁而生成静电,是水银摩擦玻璃管壁生成的静电在闪光。这种发光现象直到1745年,才被柏林的鲁道夫证明,当一支气压计管里的水银被扰动时,管周围悬吊在一个抽空的容器里的几根线被管吸引。这就证实了豪克斯贝的解释。
虽然豪克斯贝的解释是正确的,可是当时的人们并不相信,晃动气压计会发光是由于摩擦生电,这怎么可能呢? 为了使众人心服,豪克斯贝做出了自己的证明.
豪克斯贝发明了一种能使物体在一台抽气机的抽空容器中快速旋转的机器。然后放入琥珀与毛织物并使两者在这真空的容器中摩擦,结果一样观察到摩擦点上出现发光现 象,而只要这种运动维持着,发光就一直可以存在。后来他又让一个玻璃器 皿在这真空容器中旋转,与一小块毛织物摩擦,这时产生了“美丽的紫红色光”。
豪克斯贝还发现,当不处于真空状态,而是放入空气时,摩擦所产生的发光度都明显减弱,如水银表面之上空气处于常压时,也照样发生发光现 象,可是不能与真空中发出的亮度相比。
这也许可称为最早的“电灯.”
豪克斯贝至此并不罢手,他还在继续研究,既然格里克发明了第一台摩擦起电机,从而有了一些电学发现,他想再改进摩擦起电机,当电量进一步增加时,又会出现什么状况呢?比如,真空中发光的现象在电量更大时会怎样呢?
日期:2011-09-29 21:03:12
4.9 豪克斯贝的起电机
力学和光学在十七世纪里物理学取得很大进展,然而,摩擦电研究起初必定进展缓慢,因为它完全依赖于那些没有任何理论指导的偶然观察。豪克斯贝的偶然发现促使他对电学进一步研究.
在格里克之后,人们也在研究或好奇的摆弄电学实验,他们纷纷致力于制造起电机,但是无论任何电学实验,都必须使劲地摩擦物体,然后才能进行各种各样的实验。当时缺乏做起电机的材料,人们就在轮子上他装了许多像风车似的叶片,在叶片端头嵌上琥珀,有人甚至把自己家中的猫绑在轮子下面,随着轮子的旋转,一块块琥珀不断地摩擦猫背,于是猫背的毛皮就不断地因摩擦而闪烁着电火花。那时的人们就是用这种原始而又近乎荒唐的方法来获取少得可怜的电。
在豪克斯贝向皇家学会报告的一些进一步实验中,他想发明一种更加有效的摩擦起电机。
1709年, 豪克斯贝做了一个类似于格里克的摩擦起电机, 不过在三个方面做了改进, 一,格里克的起电机是以硫磺球代替琥珀,而豪克斯贝则以玻璃球代替了硫磺球。豪克斯贝的机器是一个抽空的直径约九英寸的密封中空玻璃球,绕一根轴快速旋转。
第二项改进是:起电机的速度增加了. 豪克斯贝用一个大轮带动一个小轮使得球转得更快, 他计算球的线速度达到29英尺/秒, 当用毛皮摩擦球时, 强烈的放电会使球发出绿光。当他把脸贴近带电球时,甚至会感觉到有一股微风吹来。
第三项改进是:与玻璃相摩擦的东西他也找到了更好的替代,再不用去蹂躏可怜的猫了.这个东西就是一种类似于”橡皮”的圆棒,紧紧压在玻璃上以产生摩擦,这时旋转的玻璃球内部的空间区域就不停地闪烁着不明亮的电火花。电光透过透明的玻璃球壁,霍克斯比居然可利用它在暗室里读书、写字。这件作品让他广受赞誉, 经改进后的起电机可迸发出 2厘米长的 “美丽的紫红色光”。因此成为当时进行电试验的最先进的电源.
这样,豪克斯贝可被认为是玻璃起电机的发明者。然而,这种起电机并没有立即得到广泛应用,其改进肯定也是后来的事。尽管豪克斯贝本人没有作出什么具有根本性重要意义的发现,但他的工作引起人们注意电现象,刺激了对它们的进一步研究。
豪克斯贝的起电机吸引了人们研究的注意力,不久形态各异而原理类同的摩擦起电机层出不穷,人们用这些起电机来引燃丨炸丨药、乙醚,点燃刚刚熄灭的蜡烛.
日期:2011-09-30 10:38:52
4.10 1700 年,哈雷
在豪克斯贝研究电磁学期间,另一位大名鼎鼎的科学家哈雷也在研究电磁学.
从吉尔伯特开始研究磁偏角与定位的关系,他虽然未取得的成功,但鉴于定位与导航问题的重要性,后代的科学家们仍未放弃。在十六七世纪,研究磁偏角的科学家有威廉・巴勒、冈特、亨利・盖里布兰德等人.
哈雷从圣赫勒拿岛回来后,南半球的星表他的观测并不成功,因此,以月距法解决航海定位反倒好像是越来越难了,于是,哈雷也开始研究磁偏角的问题,试图以这种方法解决经度问题.1683年,他出版了对于磁场变化的研究成果,他想通过验证地球上地理北与磁北的差别,帮助自己找到确定经度的方法。
哈雷吁请水手和其他人尽可能多地把 世界各地的罗盘变化观察记录下来寄送给他。他自己也花了相当多的时间来进行这种研究.1696年,哈雷被牛顿推荐为在切斯特造币厂的副厂长,这应当是牛顿对他早期知遇之恩的报答,这是一个待遇丰厚的实职.两年以后,哈雷又请求了另一项任命,他希望能指挥一艘军舰,出航去大西洋做“改善经度和罗盘变化方面的知识”,活泼且不着边际的哈雷昂首挺胸以一种“英雄主义”的态度,还决定去探索众多冒险家都未曾发现的南方大陆(古希腊天文学家和地理学家托勒密认为,地球是对称的,在北半球既然有亚洲大陆,那么在南半球应有一个相对应的南大陆.)。
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