定性实验

通过实验系统地研究电磁现象，是到欧洲文艺复兴时代之初才开始的。伽利略的同代人，英国皇家医生吉尔伯特仔细研究了磁相互作用。他用

天然磁石做了一个大球，在它周围放一些小磁针，发现每个小磁针都有一定的取向，这些小磁针的行为与指南针放在地球上的行为一样；并发现球上有一点对磁针一端吸力最大，而在相反的端点对磁针的另一端吸力也最小，磁针在两极垂直地指向球面，在两极中间则平行于球面。由此，他断定地球是一个大磁球，并且第一次解释了磁针指南北的道理，这些结论都写在他的著作《论磁石》一书里。

吉尔伯特还研究了电现象，发现不仅摩擦过的琥珀有吸轻小物体的性质，而且其它物质像金刚石、水晶、硫磺、火漆和玻璃等摩擦后也有吸引轻小物体的性质，他把这个性质称为电性。他又把电现象和磁现象加以比较，得出结论：电性可以用摩擦的方法产生，而磁性是天然磁体本身所具有的；磁作用有两种——吸引和排斥，电作用只有一种；电吸引比磁吸引弱，但是带电体能吸引多种轻小物体，而磁力只能对少数几种物质有作用；电力可以用水消灭，磁力却不能被消除。吉尔伯特关于电和磁截然不同的看法在当时影响很大。

1650 年以“马德堡半球实验”而闻名于世的德国物理学家格里克发现了经过摩擦的琥珀虽然会吸引小纸片，但两个与这块琥珀接触过的小纸片却互相排斥。他还发现，电荷可以从一个物体传给另一个物体，物体之间可以不直接接触，用一根潮湿的绳子或最好是一根金属丝把物体联接起来，电荷就会沿湿线或金属丝传过去。他在 1663 年制造了世界上第一架摩擦起电机。他取一个似小孩头大小的球形玻璃瓶，把研磨好的硫磺装到里面，并在火上熔化。冷却后，打破玻璃瓶，取出硫磺球，放在干燥的地方，再把它穿一个洞，使它能绕一根铁棒或轴转动。他把手或者破布按在硫磺球的表面上，并让球迅速旋转，硫磺球就获得了足够的电荷。后来经过改进，可以产生强烈的电击和骇人的火花。

1731 年，在修道院领取养老金的英国人格雷，发现导体和绝缘体的区别，并提出了电的“双流质”说，他认为在正常的物体中存在着等量的两种“流质”，一种是“正流质”，另一种是“负流质”。当两个不同的物体相互摩擦时，就会有流质转移，使一个物体得到了超过平衡的“正流质”，而另一个物体留下了超过平衡的“负流质”。

1733 年，法国化学家杜菲发现绝缘的金属也可以通过摩擦的办法起电。他让助手把自己用绝缘丝绳吊在天花板上，使自己的身体带电，当助手靠近他时，杜菲突然感到针刺般的电击，并产生噼噼啪啪的声响，从而说明绝缘的人体也可以带电。1734 年杜菲发现，两根带电的琥珀棒或带电的玻璃棒悬挂起来彼此靠近，它们会相互排斥。可是带电的玻璃棒和带电的琥珀棒却互相吸引。这使他认识到电有两种，一种是由摩擦后的琥珀、火漆、硬橡胶和其他树脂类物质产生的，这种电称为“树脂电”；另一种是由摩擦后的玻璃、云母等所产生的，这种电称为“玻璃电”。他认为中性的物体是物体中所含的这两种电数量相同而互相抵消了。带电的物体则具有多余的“树脂电”或“玻璃电”。他指出这两种电的特殊标志是同种电相斥，异种电相吸。

1745 年，荷兰莱顿大学物理学教授马森布洛克，为了寻找保存电荷的方

法，做了一个实验：把一支悬挂起来的枪管连在起电机上，另用一根铜线从枪管中引出再插入盛水的玻璃瓶里，他企图把起电机产生的电荷存入玻璃瓶中。他的助手一只手握住玻璃瓶，马森布洛克摇起电机，助手不小心，另一支手触到枪管，他突然感到强烈电击，喊叫起来。马森布洛克与助手互换位置，重复前面的过程，同样他的“手臂和身体产生了一种无法形容的恐怖感觉，总之我以为这下子可完蛋了”。为此他发誓即使把整个法兰西帝国赠给他，也不再重做这个实验了。并劝他的朋友也不要做这个可怕的实验了。但他的话起了反作用，他的实验引起了莱顿大学几位科学家的极大兴趣，他们多次重复“莱顿实验”并不断改进装置，形成了现在使用的莱顿瓶。这是人类首次找到了储存电荷的方法，为进一步深入研究电现象提供了方便。

莱顿瓶受到了美国学者富兰克林的重视，1746 年英国物理学家考林森赠给富兰克林一只莱顿瓶。富兰克林利用它做了许多实验，在 1747 年发表了关于莱顿瓶功效的分析文章。在实验中证明了异种电荷可以相消，由这种相消性，得出两种电荷没有什么本质差异的结论。他提出了电的“单液说”，认为“玻璃电”是唯一存在的一种无重量的“电流质”。两种不同的带电现象只是相当于这种电流质的过剩或减少。他把带有过剩“玻璃电”的物体称为带正电的物体，而把缺少这种电的物体称为带负电的物体。当一个具有过剩的电流质的物体遇到一个缺少电流质的物体时，就有电流质从前者流向后者。富兰克林的观点是错误的，因为正电荷与负电荷是确实存在的。但他是“正电”和“负电”的命名人。并且他的理论在当时能解释各种电现象，特别是在导线中有电流的情况下是接近真实情况的。同时他的理论中包含了正确的概念，即“电不因摩擦玻璃管而创生，而只是从摩擦者转移到了玻璃管，摩擦者失去的电与玻璃管获得的电量严格相同”。这就是说，在任一绝缘体系中电的总量是不变的，这就是电荷守恒原理。

富兰克林在用莱顿瓶做放电实验时，注意到放电发生的火花和响声，联想到暴风雨时的闪光和雷声，他认为这两者在本质上是相同的，只是规模不同。他把自己的见解写成论文，寄给英国皇家学会，但未得到承认。富兰克林只好寻找实践的支持，他觉得有必要把天雷捕捉下来瞧瞧。1752 年 7 月富兰克林冒着生命危险，在雷雨交加时，同他的儿子一起将一只带有铁丝尖端的丝绸风筝放入云层，通过打湿了的麻绳和末端的金属钥匙，把“天电”引入莱顿瓶，再从莱顿瓶取出了电火花。这就是震动世界的“费城实验”，它令人信服地证明了“天电”与“地电”是相同的，揭开了雷电的奥秘。第二年富兰克林发明了避雷针，这是人类利用电学知识征服自然界所迈出的第一步。

俄国科学家利赫曼和罗蒙诺索夫也从事大气中电现象的研究，他们设计了一个装有金属尖杆的“检雷器”，想用它来检测云中是否有电。1753 年 7

月 26 日在雷雨即将来临时，利赫曼教授去观察仪器，一个劈雷打下来，击倒了利赫曼，他为科学献身的精神永远为后人纪念。

18 世纪中叶对电的本质的争论一直未休战，直到 19 世纪末“电子论” 诞生后争论才得到解决。

在 18 世纪，关于磁只有一项研究成果，它是 1778 年布鲁格曼斯看到铋被一块磁铁排斥时发现的抗磁性。