2015年4月30日 星期四

閃電富蘭克林

美國富蘭克林(Benjaming Franklin 1706..1790)在1746年看過萊頓瓶的實驗後,開始了電學的研究,一段時間曾從事蓄電研究,勾聯數個萊頓瓶做成蓄電器。後來懷疑雷電與摩擦起電的相同性,對雷電進行長期的觀察、對比、及分析,發現它們有許多共同之處;包括發光、顏色光線曲折形狀、可由金屬導電、發出爆裂的聲響等。於是大膽的計劃著,正準備進行一個驚人的實驗.........

人間的普羅米修斯:
   遠古時代,人們對雷電往往心存畏懼驚奇之心。除此之外,早期人們就已經注意到,船尾頂上的金屬尖端、以及教堂塔尖上的"電暈"現象,這是一種緩慢的火花放電。人們稱之為"聖埃莫之火"(Saint Elmos's Fire),認為它是水手的守護神顯靈。
   希臘神話中一則故事如此說;普羅米修斯到取火種至人間,造福人群。因此觸怒宙斯,將之鎖在高加索山崖,每日受神鷹啄食肝臟。普羅米修斯寧受折磨,堅毅不屈。最後為大力神赫拉克斯解救。

費城實驗:
  當時在人們心目中,雷電是上帝之火。關於費城實驗,大部分的人覺得是非常反傳統性的,而且大大地冒犯天威。 富蘭克林原本計劃爬上建築中的高塔上親自引電,後因高塔來不及完成而做罷,沒有被電死算是非常僥倖。
  1752年7月富蘭克林與兒子威廉,在一間四面開敞的木棚裡,進行引接雷電的實驗。首先他將絲綢做成風箏,頂端縛了一根尖細的金屬絲,再用一條長長的繩子繫著風箏,下雨後繩子打濕著。繩子另一端末梢繫著充作絕緣的綢帶,因為人躲在木棚裡,綢帶一直保持乾燥,綢帶的另一端握在手中。綢帶與風箏交接處,掛上一串鑰匙作為斷路器以避免觸電。閃電後看到繩上纖維豎起,一陣子高興,禁不住另一手伸出去摸一下,突然指尖與鑰匙間發生火花,左半身麻了一下,手收了回去。
富蘭克林興奮的告訴兒子說: 「這就是電!!」

給朋友柯靈遜的信:
  當帶著雷電的雲來到風箏上面時,尖細的鐵絲立即從雲中吸取電火,風箏和繩子全都帶了電,繩子上鬆散的纖維向四周豎了起來,可以被靠近的手指所吸引。當雨點打濕了風箏和繩子,以致電火可以自由傳導時,你可以發現電火從鑰匙向你的指尖大量流過來。用這個鑰匙可以使萊頓瓶充電,用充得的電火可以點燃酒精,也可以進行其他的電氣實驗。像平常用摩擦過的玻璃球,或者玻璃管來做的電氣實驗一樣。於是,帶著閃電的物體,和帶著普通電的物體之間的相同之處,就完全顯示出來了。

富蘭克林的遭遇:
  後來富蘭克林以一篇論文"論閃電和電氣的相同",寄給英國皇家學會,起先受到當時科學家的冷遇,不久法國的特里布爾,在巴黎成功地重複這個實驗後才受到重視,甚至被當時的法王路易十五世請去當場表演,歐洲科學界開始承認富蘭克林的成果,並且接納他成為皇家學會會員,授與柯普利金質獎章。許多科學家從此開始轉向研究電氣,期間俄國的梨赫曼曾在實驗時因電擊意外導致身亡。

避雷針:
  富蘭克林將3米長的尖細鐵棒放在煙囪頂端,以金屬線引至屋內的金屬水pump,中間電線分成兩股,相隔一定的距離掛上小鈴,當閃電時經過鐵棒引電進入金屬線,小鈴因同性電荷的作用發出聲響。於是富蘭克林成功地將避雷針介紹給人們,漸漸消除他們對雷電的恐懼。

富蘭克林的發現:
  • 費城實驗證明雷電與摩擦起電性質相同
  • 電不是摩擦創造出來的,而是帶走轉移的
  • 電的一流體(+ e - e)
  • 電荷守恆律

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