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保定市科学技术协会

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电可以流动和传输?花甲老翁最先找到答案!


话说德国马德堡市市长盖里克发明硫磺起电机后,人们对电学产生了莫大的兴趣,英、法、德等国科学家通过起电机探索电的奥秘。他们对电的研究,逐步脱离摩擦起电的层面,进而延伸到电的贮存及控制等方面。

  起电机产生的电可以流动吗?可以从一个物体传输到另一个物体吗?如果能传输的话,是否对介质有要求?……这些问题困扰了许多科学家。谁也没想到,最先找到答案的,居然是一位非电学领域的花甲老翁。

  这老人真奇怪!  卡尔特修道院位于英国首都伦敦市的中心,主要接纳本市无人照料的孤儿或老人。18世纪初,此院住进了一位奇怪的老人。这位名叫斯蒂芬•格雷的老人不喜欢围堆聊天,也不像其他人一样坐着发呆,而是热衷于做电学实验,修道院还专门为他提供了一个电学实验室。

  格雷画像(网络图)

  格雷本是当地的富商。他出生于染匠之家,30岁之前主要从事丝绸的印染及交易,赚了不少钱。偶然的机会,他与格林尼治天文台的一位工作人员成为朋友,从此便入了天文学的坑。41岁时,他成为英国三一学院天文台的兼职员工,业余从事天文研究。

  尽管格雷在天文学上没有取得什么大的成绩,但他已成为当地人尽皆知的科学家。50多岁时,生意失败,家徒四壁,只得到卡尔特修道院求生。

  修道院无法提供天文设备,格雷只好放弃天文研究。当时许多科学家都在研究电,做电学实验成为一种潮流,格雷自然而然对电学产生了兴趣。得知院方提供专门的电学实验室后,孑然一身的格雷下定决心在电学方面做一番成绩。

  电真的可以流动!

  老当益壮的格雷开始了电学研究之旅。他阅读了所有的电学著作,做了许多电学实验,但都没有实质性进展。

  1729年6月的一天,格雷把自己关在实验室里,继续着摩擦起电的实验。他拿着一支3.5英寸长的空心玻璃管,用毛皮从头到尾摩擦后,发现玻璃管能够吸引羽毛。

  很显然玻璃已带电。“如果当年盖里克知道玻璃也可以带电的话,那他何必费劲地剥去硫磺球外面的玻璃烧瓶呢?”格雷苦笑。

  格雷把玻璃管两端用软木塞塞起来,以防止灰尘进入。这时,他发现了一件很奇怪的事情,软木塞居然吸引了几根羽毛!

  “我没有摩擦软木塞,它怎么可能带电?”格雷感到疑惑,随即脑海中迸出一个念头,“难道玻璃管上的电流传到了软木塞上?电还会传输?”

  为了检验自己的判断,格雷又做了一个实验。他把一根超过3.5英寸的细棒插入玻璃管的软木塞中,细棒的另一端用绳索扎一个象牙球。在完全不碰到软木塞、细棒和象牙球的情况下摩擦玻璃管时,桌上的羽毛竟然纷纷被象牙球吸引了。

  格雷用实验证明电能传导(网络图)

  “原来,电也像水、空气一样,可以流动。”格雷兴奋地记在本上。通过这个实验,格雷得出结论:电也可以通过别的物体进行流动。从此,人们把流动的电叫做“电流”。

  电可以流100英尺!

  “电可以流动,那它到底能流多远呢?”格雷有个习惯,喜欢举一反三,研究绝不浅谈辄止。

  他把象牙球的一端拴在玻璃管上,另一端则拴了一条长20英尺的绳索,并用丝线把绳索悬挂在实验室的天花板上。当他用力摩擦玻璃管时,象牙球居然吸引了一些羽毛。

  20英尺成功了,40英尺,60英尺还会远吗?

  格雷把绳索加到100英尺,发现象牙球仍然可以吸引羽毛。这表明电可以流动100英尺。当他准备进一步实验时,不想丝线承受不住绳子的重量断了,实验暂告终止。

  格雷用丝线和绳索做实验(网络图)

  电的传输还有条件!

  格雷感觉丝线韧度太差,便用铜丝代替,再拴接着绳索。不料这次象牙球并不吸引羽毛。

  “怎么回事呢?电去哪里了?”格雷反复研究,认为是铜丝把电带走了。接着,他分别用钢丝、铁丝等金属进行替换,结果依然如此。

  为了弄清哪些物体不会带走电,格雷把实验中绳索的长度减短,并先后用玻璃棒、硫磺棒等代替绳索。结果,象牙球又可以吸引羽毛了。

  “自然界的物体应该有两种,一种是电流可又通过,另一种是不可以通过的。”格雷得出这样的结论。为了便于区分,他把那些易于让电流通过金属及其它物质称为“导体”,把那些难以让电流通过的物质称为“非导体”。后世科学家为了研究方便,把“非导体”改为“绝缘体”。

  进一步研究,格雷终于弄清了摩擦生电的奥秘:琥珀、硫磺、玻璃等绝缘体经过摩擦后,电流不能流动,留在这些物体里,所以带上电,能吸引轻微的物体;铜、铁等金属导体摩擦后,电流迅速流到与其摩擦的物体中,因此导体摩擦后也不带电。

  导体与绝缘体的实验。(网络图)

  “人体可以导电吗?”为了解答这个疑问,格雷决定找一个男孩来实验。他把小男孩用结实的绳子吊在实验室的顶篷上,离地仅几公分。再用丝绸摩擦过的玻璃管触碰男孩的胳膊。很快,地面的羽毛就吸附在男孩身上。格雷拿着玻璃管在男孩身上移动,羽毛一张一翕,仿佛在飞。

  “人体也可以导电,人体是导体。”格雷得出这样的结论。这就是电磁学史上著名的“飞翔的男孩”实验。

  导体和绝缘体的发现,是电学史上一次质的飞跃,是电学史发展的重要一步。

  后记

  无疑,格雷的发现,加快了电学的发展速度。而他关于导体和绝缘体的实验和相关理论,让后人受用无穷。从此,人们在实验和生活中,会更加注意安全用电,比如电工维修电路时要戴上绝缘手套,有人触电后不要用手去拉等。科学发展到现在,电的作用变得越来越大,它渗透到人类生活的每一个角落。安全用电的同时,我们应该对为电学作出重要贡献的格雷说一声“谢谢”!

  人触电后,不要用手拉,因为人是导体。(网络图)

  格雷虽然发现了导体和绝缘体,但他并不知道,其实不同的导体传输电的性能也是不同的。导体对电流阻碍作用有多大呢?一些科学家虽然想到并有所提及,但并没找到答案。直到近100年后,一位德国穷小子终于找到了答案,并总结出一个重要的电学定律。


来源:科普中国

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