18世纪人类对雷电有怎样的认识?

18世纪人类对雷电有怎样的认识?
18世纪人类对雷电有怎样的认识?

18世纪人类对雷电有怎样的认识?
1.十八世纪前的情况：人类对自然现象（包括雷电现象）的观察、探索、研究和认识是伴随着人类自身的进步在进行着.从公元前17～11世纪,我国商代保留下来的甲骨文中,就有了关于雷电的记载；公元前7～6世纪,古希腊人发现了琥珀经摩擦所具有的静电特征；公元1世纪,我国东汉的哲学家王充,在《论衡》中就曾对雷电进行过唯物主义的解释,指出雷电是一种自然现象；到1600年、英国的吉尔伯特发现除琥珀外,其它多种物质都能产生摩擦带电现象.他首先使用了“电”的名称——electric（原意：起电物体、带电体）.但电的本质究竟是什么,这位给电命名的皇家御医就无法解释了；在17世纪整整一百年间,电学研究只有一项发明,奥拖在1660年用硫磺球制成了一台“静电起电机”.这台仪器虽然还很简陋,起电的时候要用手来摩擦,但它却推动了电学的发展.
2.莱顿瓶和电震现象：1745年冬天,德国的克莱斯特和荷兰的马森布罗克,几乎是同时发现了电震现象（人体受到电击的现象）.克莱斯特用铁杆插在潮湿的玻璃瓶中,用摩擦起电机使铁杆带电.当他一只手无意中碰到铁杆时,突然感到全身剧烈颤动,几乎昏倒在地.而马森布罗克在荷兰的莱顿城所进行的相似试验,也遇到了类似的情况.他的瓶中装了水,电震的程度更厉害,以至他写信告诉朋友时还心有余悸.而那位收信朋友所做的试验,结果也同样可怕,在电震时还发出了响声.这就是有名的莱顿瓶试验和电震现象.又经改进,在莱顿瓶内外壁各覆上一层金属箔,也就是构成了以玻璃为介质的“电容器”,在瓶盖上装上连接内壁的金属棒和顶端的金属球,这就是大家在学校物理实验室经常可以看到的静电试验仪器——莱顿瓶（它同时也是人类制造的第一只“固定电容器”）.由于莱顿瓶第一次向人们显示了电的威力,并且是它才第一次可以把电荷储存起来,从而激励了电学的研究和发展.
3.富兰克林的电学研究和著名的风筝实验：1706年出生在北美波士顿的本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin),他虽然只读了三年书,12岁就进了印刷厂当学徒和印刷工人.他借工作上的便利条件,每天晚上都认真读书,在五年时间里,他从许多文学、哲学名著和科技读物中汲取了丰富的知识.并且他还努力学习数学,研究航海术,练习写诗、写散文,为报纸撰稿.几年的锻炼为他以后的论文写作和科学研究打下了坚实的基础.1776年他还被推荐参加了美国“独立宣言”的起草,这是后话.
在发明莱顿瓶的1745年,富兰克林已近不惑之年.他热心公益事业,曾倡导创办了北美第一个图书馆、发起成立救火会（当时还没有专职消防队） 、还创办了第一个科学团体——北美增进有用知识哲学会.第二年,他的朋友、英国皇家学会会员科林逊,从伦敦寄来一只莱顿瓶,赠给费城图书馆,并附有实验说明.科林逊是位植物学家,他不远千里寄赠莱顿瓶,足见这项发明当时影响之大.富兰克林喜出望外,立即邀请几位好友开始动手进行电学实验.这一年富兰克林整40岁,他进行电学试验不久,就有了好几项有价值的新发现.
通过反复试验、细心揣摩,富兰克林对静电特性渐渐有了独到的见解.当时法国人杜法伊发现摩擦玻璃棒和摩擦胶木棒所产生的电性质不同,发现“同电相斥,异电相吸”, 因而断定电的本质有两种.而富兰克林却认为电的本质只有一种,每种物体都带有一定的“电质”,定量不足带“玻璃电”,如果过量就带“胶木电”.他首先用“+、-”号表示这两种电荷.这和现代的解释：“失去电子带正电荷,得到电子带负电荷”已很接近.并且他还根据实验提出了著名的电荷守恒原理,因此可以说富兰克林是电学史上首位正确阐述电的性质的人.
他还用莱顿瓶做了不少新的试验.他发现用尖头金属棒接近莱顿瓶顶端,就会闪现比较强的火花；如果改用圆头棒,火花就很弱.他还证明了莱顿瓶内外两层所带的电恰好极性相反、数量相等,对电的性质研究已经由定性提高到了定量阶段.不过莱顿瓶实验也给富兰克林带来过麻烦,有一次他把几只莱顿瓶联在一起、以加大电量.他的夫人丽德当时正在旁边观看试验、一不小心碰了一下莱顿瓶,只听得“轰”的一声,一团火光闪过,XYL被猛烈电击倒地.这次惊险事故给富兰克林留下了深刻的印象!也正是由于XYL被电击伤这件事,使富兰克林开了窍.那震耳的轰鸣,惊心动魄的闪光,使他联想到空中的雷霆闪电,这不正和空中的雷电很相象吗?经过认真比较、反复思考,富兰克林断定：天空的雷电也是一种放电现象,它和实验室里人工产生的电一样,都能产生光和声音、能点燃物体、破坏磁性、杀伤生物.这个见解无疑是人类对电的认识方面的一大进步.1751年他的论文集《电学的实验和研究》出版,这是近代科学史上第一部系统的电学理论著作.为了证明自己的理论,富兰克林认为,最有力的就是用事实说话.怎样才能证实天空的闪电和人工产生的电在本质上相同呢?他想到了孩子们玩的风筝,若在雷雨时把风筝升到空中,如果闪电就是电的话,它就会沿着湿风筝线传导下来.（风筝起源于我国,在公元四世纪南北朝初期已经出现,1589年传入欧洲,之后又传入美洲）.
1752年7月的一天,阴云密布,暴风雨就要来临.富兰克林和他的儿子威廉,带着风筝和莱顿瓶来到郊外,准备进行试验.风筝是用一块很大的丝绸特制的,还在十字形的骨架上装了细金属丝,用来接引天空的闪电.在焦急的等待中,远处终于传来了低沉的雷鸣声.作为一个电学家,富兰克林深知这次实验有致命的危险,但这时他已把个人安危置之度外.不久,雷声越来越近,狂风呼啸着卷过一团团乌云.富兰克林把风筝抛起,对威廉大喊：“跑”!威廉拉着风筝线迎风拼命奔跑,风筝扶摇直上,升到了空中.紧接着大雨倾盆、雷电交加.富兰克林追上威廉,接过风筝线,拉着威廉躲进了一所空房子.他掏出一把铜钥匙,系在风筝线的末端.只见风筝穿进雷雨云层,闪电在风筝附近闪烁,雷声隆隆.突然,一道闪电掠过,风筝线上有一小段直立起来,像被一种看不见的力移动着.富兰克林突然觉得他的手有麻木的感觉,就把手指靠近铜钥匙,顷刻之间,铜钥匙上射出一串火花.富兰克林大叫一声,赶紧把手远离了钥匙.他喊到：“威廉!我受到电击了!现在可以证明,闪电就是电”.幸运的是这次的闪电比较弱,富兰克林没有受伤.富兰克林的推断被证实了,闪电确是一种放电现象,它和实验室里的电火花完全一样.富兰克林顾不得危险,他用一块干丝绸裹住已经湿透了的风筝线,让钥匙直接给莱顿瓶充电.威廉看到瓶上有电火花闪烁,惊喜的瞪大了眼睛.事后,富兰克林用莱顿瓶中收集的闪电,进行了一系列的实验,证明了它的性质与起电机产生的电完全相同.这次风筝实验的消息引起了全世界科学界的轰动,富兰克林的电学理论通过实验得到了验证,并得到了世界的公认.
4.避雷针的发明：风筝实验的成功,启发了富兰克林,他设想能否把天空的电引到地下?以避免雷击灾害.正当他进行这种试验的时候,传来了俄国电学家利赫曼在进行实验时被雷电击毙的消息.这是做强电试验的第一位牺牲者,代价惨重,引起了整个科学界的震惊.但富兰克林没有退缩,夜以继日的工作着.在1753年夏季他终于试制成功了第一根实用的避雷针.富兰克林把一根几米长的铁杆垂直固定在屋顶上,杆上紧拴着一根粗导线,一直通到地面并埋入土里面.当雷电袭来时,就会沿着铁杆并经导线直达大地,使房屋建筑完好无损,得到有效保护.第二年（1754年）富兰克林制作的避雷针开始试用,像许多新发明一样,起初并不顺利.富兰克林做了许多副避雷针,分给他的朋友和邻居,但不少人听信教会保守势力的鼓惑,认为装在屋顶的尖杆是不祥之物.然而过了不久,一场夹着雷电的狂风暴雨,使教堂着了大火,而装有避雷针的房屋全都安然无恙.科学最终战胜了愚昧,事实粉碎了宗教的谎言.避雷针很快推广开来,到1762年传入英国,1769年传入德国,很快高楼顶上都竖起了避雷针.雷电终于被制服了,这是科学的胜利.
纵观人类对于雷电这种自然现象以及对静电的研究和认识的历程,前后经历了2500年,确实艰辛而漫长.但社会在前进、人类自身也在进步,破解雷电之谜、避雷针的发明,以及不久后（1800年）伏特发明的世界上第一个电池——伏打电堆,宣告了静电时代的结束,促进了近代电学的发展.