摩擦起电机和莱顿瓶的发明

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1、摩擦起电与容器储电——摩擦起电机和莱顿瓶的发明电，这个无处不在、神出鬼没的幽灵，人类从认识它到驾驭它、利用它，历经了好几百年的时间。在古人眼里，雷电是天神发怒的象征。琥珀摩擦后可以吸引纸屑和芥子；梳头解衣时，往往火花伴随噼啪声随之而来。这类现象可以说是人类认识电的开端，这种认识只局限于一些日常现象。人们既没有认识到电现象的普遍性，更没有触及它的本性。电学的发展，只靠观察是不够的，必须进行实验，通过实验有目的地去探索，才可能掌握电的规律。而实验的进行关键在于能够人为地产生电，按照人的意志实现各种电现象，从而达到研究和应用的目的。所以，基于摩擦起电的道理出现的摩擦起电机在电学史上占有重要地

2、位。而能产生稳定电流的伏打电池，则进一步使人类能够研究和利用电流的各种效应。我们这几节就从摩擦起电机的发明讲起，再介绍化学电池的发明和电学基本规律的发现，以及电流磁效应和电磁感应现象的发现。1660年前后，在前面提到的那位发明真空泵的德国市长格里克创制了一种机械装置，可以连续摩擦生电。他取一个儿童脑袋一般大的球形玻璃烧瓶，把碎硫磺放进瓶里，一起加热，使硫磺融熔，在加热过程中不断加硫磺，最后，瓶里充满熔化了的硫磺。再插人一根木柄，等硫磺冷却后，打破玻璃，得到一个漂亮对称的硫磺球。他把硫磺球支在木架上，如图1所示，让硫磺球转动，同时把一只手按在球上摩擦，于是硫磺球就会显示出像地球吸引万物般

3、的特性。图2是格里克发表的另外一张图。实验者正举着带电的硫磺球，球体移到哪里，那里的一切轻质物体都受到吸引。纸片、羽毛纷纷朝它飞来，水珠滚动，枯叶摇晃。手指靠近，闪光、爆破声，与雷电无异。图1格里克的摩擦起电机图2硫磺吸引一切物体为什么格里克会想到用一个旋转的硫磺球来做实验呢？原来他并不是单纯为了演示电现象，而是为了证明地球吸引力乃是某种“星际的精气”，他的真空实验，也和这个总目标有关。格里克的硫磺球实验确实模拟了地球的吸引作用，甚至他还显示了硫磺球的引力比地球吸引力大。然而，他也发现两者有不同之处。在硫磺球周围，也会有物体被排斥，羽毛在硫磺球和地板之间会上下跳动。格里克开始领悟到，重

4、力并不能归结于电力，它们各有特点。接着，格里克又做了许多电学实验，其中包括电的传导和静电感应，可惜没有得到别人的重视。格里克发明摩擦起电机的消息和他的真空泵一起在欧洲各国传开了。人们竞相仿制并改进他的起电机。人们发现，格里克的摩擦起电机其实不必把玻璃瓶打碎，甚至不用硫磺，直接用玻璃瓶就可以做实验。很多人对电感兴趣，有的是为了研究电的性质，有的则是为了让王宫贵族取乐而用于表演魔术，但是在有意无意的探索活动中，逐渐摸清了电的性质。牛顿对电学也很感兴趣。1675年他用玻璃球起电机研究了电的吸力和斥力、火花放电等现象。1703年12月5日，英国皇家学会热闹非凡，这一天他们有两件新鲜事。一件是牛

5、顿就任皇家学会主席，一件是牛顿任命他的助手豪克斯比（F．Hauksbee）担任实验师，牛顿希望在皇家学会提倡实验，恢复实验空气。豪克斯比当众表演了精彩的真空放电实验。他用摩擦起电机使真空发出辉光，如图3所示，说明真空也会产生电的现象。图3豪克斯比的真空辉光实验进一步的实验，豪克斯比还用棉线显示了电力，演示了“电风”。他做了一块玻璃圆柱体，长17.78厘米，直径也为17.78厘米，周围是一根木箍，上面等距离地连着许多条棉线，如图4所示，当他旋转并摩擦圆柱体时，棉线沿半径方向伸直，趋向一个中心。豪克斯比没有忘记他的恩师，他把这一事实联系到牛顿的宇宙学说，解释说：这些线条就像是受到了重力，沿

6、直线方向吸向中心。图4豪克斯比的棉线显示电力1720年又有一位英国人叫格雷（S．Gray），他对电的传导进行了研究，发现摩擦过的玻璃所带的电可以转移到木塞上，再经细绳传到20米以外的骨质小球（图5）。他还让一个小孩做人体带电实验（图6）。他用丝绳把小孩吊在顶篷下，在小孩身下放许多轻质物体，例如羽毛之类。然后将摩擦过的玻璃管接触小孩腿部，结果小孩的手和头部都能吸引羽毛。格雷通过实验，发现了电的传导性，而且分清了导体与绝缘体。图5格雷的导电实验图6格雷的人体带电实验下一步的进展是法国的杜菲（duFay）作出的。格雷的实验引起了他很大的兴趣，他总结了前人的经验，提出了许多问题，例如：（1）是

7、不是所有物体都可以靠摩擦带电，电是不是物质的普遍属性？（2）是不是当所有物体接触或靠近带电体时都可以获得电？（3）哪些物体会使电的传递停滞，哪些利于电的传递？哪些物体最容易被带电体吸引？（4）斥力和吸力之间有什么关系？它们之间是否有联系，抑或是完全独立的？（5）在虚空处、在压缩空气中、在高温下，电的强度是增还是减？（6）电和产生光的能力之间有什么关系？这是大多数带电体的共同特性。这一关系可以得出什么结论？为了解答这些问题，杜菲进行了一系列实验。