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(物理)靜電現(xiàn)象的早期研究
人們對(duì)電現(xiàn)象的初步認(rèn)識(shí)很早就有記載,早在公元前585年,古希臘哲學(xué)家塞利斯,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了摩擦過的琥珀能吸引碎草等輕小物體.我國(guó)在東漢時(shí)期的王充在《論衡》一書中提到"頓牟掇芥"等問題,所謂頓牟就是琥珀,掇芥意即吸引籽菜,就是說(shuō)摩擦琥珀能吸引輕小物體。西漢末年,有關(guān)于"玳瑁吸(細(xì)小物體之意)的記載,以及"元始中(公元三年)……矛端生火",即金屬制的矛的尖端放電的記載。晉朝(公元三世紀(jì))還有關(guān)于摩擦起電引起放電現(xiàn)象的記載:"今人梳頭,解著衣,有隨梳解結(jié),有光者,亦有聲。
在對(duì)電現(xiàn)象的早期研究中,最早進(jìn)行系統(tǒng)研究的首推英國(guó)醫(yī)生威廉.吉爾伯特,他在文章中說(shuō):"隨便用一種金屬制成一個(gè)指示器……在這個(gè)指示器的另一端,移近一個(gè)輕輕摩擦過的琥珀或者是光滑的磨擦過的寶石這指示器就會(huì)立即轉(zhuǎn)動(dòng)",他通過大量的實(shí)驗(yàn)駁斥了許多關(guān)于電的迷信說(shuō)法,并且發(fā)現(xiàn)不僅摩擦過的琥珀有吸引輕小物體的性質(zhì),而且其它物質(zhì)象金剛石、水晶、硫磺、硬樹脂、明礬等也有這種性質(zhì),他把這種性質(zhì)稱為電性。1660年,馬德堡的蓋利克發(fā)明了第一臺(tái)摩擦起電機(jī),他用硫磺制成形如地球儀的可轉(zhuǎn)動(dòng)物體,用干燥的手掌擦著干燥的球體使之停止可獲得電,蓋利克的摩擦起電機(jī)經(jīng)過不斷改進(jìn),在靜電實(shí)驗(yàn)中起著非常重要的作用。
18世紀(jì)中葉,電學(xué)實(shí)驗(yàn)逐漸普及,在法國(guó)和荷蘭有不少人公開表演認(rèn)為娛樂。1731年,英國(guó)牧師格雷從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),由摩擦產(chǎn)生的電在玻璃和絲綢這類物體上可以保持下來(lái)而不流動(dòng),而有的物體如金屬,它們不能由摩擦而產(chǎn)生電,但卻可以用金屬絲把房里摩擦產(chǎn)生的電引出來(lái)繞花園一周,在末端仍具有對(duì)輕小物體的吸引作用,他第一次分清了導(dǎo)體和絕緣體,并認(rèn)為電是一種流體。電既是一種流體,而流體比如水是可以用容器來(lái)蓄存的,1745年,德國(guó)牧師克茉斯脫,試用一根釘子把電引到瓶子里去,當(dāng)他一手握瓶,一手摸釘子時(shí),受到了明顯的電擊。1746年,荷蘭萊頓城萊頓大學(xué)的教授彼得.馮.慕欣布羅克無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象,用他自己的話說(shuō):"手臂和身體產(chǎn)生了一種無(wú)形的恐怖感覺,總之,我認(rèn)為自己的命沒了",。就這樣穆欣布羅克公布了自己意外的發(fā)現(xiàn):把帶電的物體放進(jìn)玻璃瓶里,就可以把電保存起來(lái)。
穆欣布羅克 的發(fā)現(xiàn),使電學(xué)史上第一個(gè)保存電荷的容器誕生了。它是一個(gè)玻璃瓶,瓶里瓶外分別貼有錫箔,瓶里的錫箔通過金屬鏈跟金屬棒連接,棒的上端是一個(gè)金屬球,由于它是在萊頓城發(fā)明的。所以叫做萊頓瓶,這就是最初的電容器萊頓瓶很快在歐洲引起了強(qiáng)烈的反響,電學(xué)家們不僅利用它們作了大量的實(shí)驗(yàn),而且做了大量的示范表演,有人用它來(lái)點(diǎn)燃酒精和火藥。其中最壯觀的是法國(guó)人諾萊特在巴黎一座大教堂前所作的表演,諾萊特邀請(qǐng)了路易十五的皇室成員臨場(chǎng)觀看萊頓瓶的表演,他讓七百名修道士手拉手排成一行,隊(duì)伍全長(zhǎng)達(dá)900英尺(約275米)。然后,諾萊特讓排頭的修道士用手握住萊頓瓶,讓排尾的握瓶的引線,一瞬間,七百名修道士,因受電擊幾乎同時(shí)跳起來(lái),在場(chǎng)的人無(wú)不為之口瞪目呆,諾萊特以令人信服的證據(jù)向人們展示了電的巨大威力。
萊頓瓶的發(fā)明使物理學(xué)第一次有辦法得到很多電荷,并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行研究。1746年,英國(guó)倫敦一名叫柯林森的物理學(xué)家,通過郵寄向美國(guó)費(fèi)城的本杰明.富蘭克林贈(zèng)送了一只萊頓瓶,并在信中向他介紹了使用方法,這直導(dǎo)致了1752年富蘭克林著名 的費(fèi)城實(shí)驗(yàn)。 他用風(fēng)箏將"天電"引了下來(lái),把天電收集到萊頓瓶中,從而弄明白了"天電"和"地電"原來(lái)是一回事。
十八世紀(jì)后期,貝內(nèi)特發(fā)明驗(yàn)電器,這種儀器一直沿用到現(xiàn)在,它可以近似地測(cè)量一個(gè)物體上所帶的電量。另外,1785年,庫(kù)侖發(fā)明扭秤,用它來(lái)測(cè)量靜電力, 推導(dǎo)出庫(kù)侖定律, 并將這一 定律推廣到磁力測(cè)量上 。 科學(xué)家使用了驗(yàn)電器 和扭秤后 ,使靜電現(xiàn)象的研究工作從定性走上了定量的道路。
主要參考書目:《電磁學(xué)》 高等教育出版社 趙凱華 陳熙謀著
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