《欧洲人眼中的电学》
第37节

作者: aaa_ch
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  当带电云层靠近建筑物上尖尖的避雷针时,建筑物会感应上与云层相反的电荷,这些电荷会聚集到避雷针的尖端,达到一定的值后便开始放电。雷电的实质是两个带电体间的强烈的放电,在放电的过程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端与大地相连,与云层相同的电荷就流入大地。
  关于避雷针的避雷原理也可以以“点不着的酒精棉”这一实验来解释.
  将两个装有绝缘柄的圆形薄铝板用夹子一上一下固定在绝缘支座上,板面平行,间距约4厘米。把一块浸了酒精的棉球,放在下板上,用导线把两板分别与莱顿瓶两极相连,棉球与上板间出现啪啪的放电声,很快,酒精棉被电火花点燃。
  在以上实验中,如果在酒精棉球上放一个针状金属物并与下面的金属板连接,接通莱顿瓶,这时,酒精棉将无法点燃。

  富兰克林发明的避雷针是有重大意义的,避雷针的发明迄今已有 240 多年的历史了,由于它的保护使万千幢高楼大厦摆脱了雷电的威胁,为人类的文明和繁荣作出了贡献。
  另再讲一下尖端放电与电风车.
  凯瑟琳电轮被富兰克林变换出了许多的玩法,因此,后人又称为富兰克林轮.先具体讲一下富兰克林轮能旋转的原理:
  起电机与风车底处的针相连,假设是正极相连,使电风车叶轮带上正电并在尖端处产生尖端放电,叶轮尖端附近产生大量的正、负电子,其中正电子受到带正电的叶轮尖针的排斥而飞向远处,负电子受到叶轮尖针的吸引而趋向尖针,如此,电风车就开始旋转。

  由此可知,尖端放电是会发射和吸引电荷的,富兰克林也以试验做出了证明:
  将把一个装有绝缘底座的圆形铝片放到风车的一侧8~10cm处,用导线将铝片和验电器相连。起电机放电后,风车因尖端放电而旋转,这时会观察到,验电器的箔片将张开,说明铝板上有电,而铝箔上电的来源就是风车尖端放电产生的.
  这也可以说是另一类型的“感应起电,”也可以说是最早的“无线电.”由于这一发现,电风车又可以玩出新花样:
  起电机与一块圆形铝片相连,在铝片间隔几厘米的地方,直竖着一根尖针,然后将针与一个风车相连,当铝片上通电后,就会发现并没有与起电机相连的风车竟也旋转了.
  不过,风车有时会顺时针,有时却会逆时针旋转,这是由于与起电机连接的电极不同,顺时针旋转是连接的正极,是利用电的排斥作用;而如果连接负极,就是逆时针旋转,是利用电吸引的作用.
  这种尖端放电的实验还可以再进一步,可能有人已经想到了,即利用一架电风车驱动另一架电风车旋转,所要做的不过是在两个风车间加一个铝片.
  这样,似乎尖端放电的实验已经做到了极致,可是你相信吗,还可以玩出花样,是什么花样呢?
  可以用蜡烛火焰来驱动电风车旋转,因为在上文中曾讲过: 蜡烛火焰是一种电离剂,烛焰的高温将其周围空气分子电离成大量的正离子和负离子,因此使空气导电.
  用蜡烛火焰来驱动电风车旋转除了铝片外还要在中间加上一根点燃的蜡烛.人们会惊奇的发现,两块铝片,一根蜡烛,可是,神奇的风车就能被驱动了.
  其过程是:莱顿瓶或起电机的电通到铝片上,电再通过已被蜡烛电离并能导电的空气传导到另一个铝片上,这块铝片带上电后再传到风车上,风车于是旋转.
  如果把蜡烛火焰两块铝片间移出来,那么电风车马上停止旋转。
  蜡烛带动电风车旋转
日期:2011-10-16 14:39:35

  8.17 1752年7月雷电试验

  富兰克林听说了法国的实验,于是马上提出一些证据证明电闪和电火花之间的对应关系:
  (1)它们所产生的光和声相似,而且这两种现象实际上都是瞬时的。
  (2)电火花象电闪一样也能使物体燃烧。
  (3)两者都能杀伤生物。 (雷击能致人死命,莱顿瓶放电能杀死了母鸡。)

  (4)两者都可引起机械损伤,并发出一种像硫燃烧的气味 (对此现象的 研究后来导致发现臭氧)。
  (5)电闪和电都能沿同样的导体传导,而且极易到达尖端。
  (6)两者都能破坏磁性,甚或能颠倒一块磁体的极性。
  (7)两者都能熔化金属。

  富兰克林多机灵,立刻开动报纸宣传自己的成就,本来法国人达利巴尔、德洛尔和勒莫尼埃名声大振,但富兰克林来了个釜底抽薪:他们的一切研究都是在我的基础上进行的.结果,在未做风筝试验之前富兰克林就迅速成名了,以前他只是在费城这个地方知名,但现在,法国,美国,英国人都知道了他.
  由于达利巴尔、德洛尔和勒莫尼埃等人的试验,富兰克林更加确信雷电就是电.其实,水汽和云层摩擦,例如气流的上升产生的摩擦,发生了电子的转移,形成静电,当正电荷与负电荷积累到一定程度,两者相遇,就会发生强烈的火花放电,这就是雷电.
  雷电,对于人类来说是神秘且可怕的,西方人以为闪电是“宙斯的武器”,是圣火、神火,东方人以为雷电是雷公电母的威力。雷电给人类带来许多灾难,除了能致人死亡之外,还能破坏高层修建,使森林起火。
  富兰克林决心完全揭开雷电之谜。1752年7月的一天,富兰克林在费城进行了轰动一时的风筝实验。
  那一天雷声哄哄,暴风雨就要来临。富兰克林和他儿子威廉拿着早先用一块大丝绸做成一只风筝来到了野外, 这个风筝与一般的风筝不同,它的骨架上装着金属丝。
  威廉握着线团,富兰克林拿着风筝,乌云一团团的压下来,富兰克林不知道自己这次实验会是什么结果,是失败,是成功?或者是否会承受上天的暴怒?他们忐忑不安.
  风筝飞了起来,大雨倾盆,雷光电闪。
  富兰克林在暴雨中扯着风筝线,拉着儿子跑到一所建筑物内。他掏出一把铜钥匙,系在风筝线的末端。风筝在电闪雷鸣的云层中飞翔,可是,过了一会儿,什么也没有发生。
  父子俩有点气馁了.
  突然,一道闪电掠过。风筝线上有一小段直立起来,被一些看不见的力移动着。富兰克林觉得他的手有麻木的感觉,就把手指靠近铜钥匙。瞬间,钥匙上射出一串电火花。幸运的是,雷电没有直接击到他们的风筝上.
  “哎哟!”富兰克林叫喊了一声,赶紧把手离开钥匙。无限的欢乐也像电流一样,顿时传遍他的全身。他喊起来:“威廉!我受到电击了!现在可以证明:闪电就是电!”幸运的是这次传下来的闪电比较弱,富兰克林没有受伤。
  富兰克林顾不得危险,将莱顿瓶放到钥匙下,让钥匙直接给莱顿瓶充电。威廉看到瓶上电火花闪烁,惊喜得张大了嘴巴。

  事后,富兰克林用莱顿瓶收集的闪电,进行了一系列实验,证明它的性质同用起电机产生的电荷完全相同。
  后来,富兰克林怀着激动的心情向朋友报告了实验结果。他在信里是这样写的:当带着雷电的云来到风筝上面的时候,尖细的铁丝立即从云中吸取电火,而风筝和绳索就完全带了电,绳索上的松散纤维向四周直立开来,可以被靠近的手指所吸引。当雨点打湿了风筝和绳索,以致电火可以自由传导的时候,你可以发现它大量地从钥匙向你的指头流过来。从这个钥匙,可以使莱顿瓶充电,用所得到的电火,可以点燃酒精,也可以进行平常用摩擦过的玻璃球或玻璃管来做的其他电气实验.于是带着闪电的物体和带电体之间的相同之点就完全显示出来了。

  预言被证实了!闪电确实是一种放电现象,它和实验室里的电火花完全一样!
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