电学领域的垦荒者

虽然我国商代甲骨文就有雷电的记载，古希腊人也早发现琥珀的静电特征，但是人类认清电的本质，驾驭它来为我们造福，不过是近两百多年的事。

富兰克林诞生的时候，电学几乎还是一片荒地。在这以前，对电学作过探索的学者寥若晨星。我国东汉的王充（27～约 97）算是一个，他在《论衡》里解释过雷电。不过王充主要是哲学家，没有对电作进一步研究。到了 16 世纪，英国的一位御医威廉·吉尔伯特（1540～1603）发现除了琥珀外，其他多种物质摩擦以后也能够吸引轻的东西，他首先使用了“电”的名称。但是电究竟是什么，这位御医也只好摇头了。以后，在 17 世纪整整 100 年间，

电学只有一项发明，那就是奥托在 1650 年用硫磺制成一台简陋的静电起动机。这台仪器很原始，起电的时候要用手来摩擦。18 世纪以前的电学，不过就是这样。

到了富兰克林时代，电学才走出襁褓。

1745 年冬天，电学界传出一个激动人心的消息：德国的克莱斯特（1700～

1748）和荷兰的马森布罗克（1692～1761），几乎同时发现了电震现象。克莱斯特用铁杆插在潮湿的玻璃瓶里，用摩擦起电机使铁杆带电。他的手无意中碰到铁杆，突然感到全身剧烈颤动，几乎昏倒在地。他把这个情况告诉一位同事以后，不久，又听到荷兰莱顿城的马森布罗克也遇到类似情况。马森布罗克的瓶中装有水，电震程度更厉害，以至他写信告诉一位朋友的时候还心有余悸。那位朋友照着他所说的一试，结果同样可怕，电震的时候还发出响声。这就是有名的“莱顿瓶”和电震现象。这一发现使人们对电产生了崭新的认识。从前人们只把琥珀吸芥等静电现象当做有趣的游戏，莱顿瓶第一次向人们显示了电的威力，并且也是第一次可以把电荷储存起来。它像春雷一样把电学惊醒了！

第二年，一位名叫斯宾士的英国学者来波士顿讲学，表演电学实验，主要仪器就是莱顿瓶和几根供摩擦起电用的玻璃管。富兰克林恰巧有事到波士顿，他怀着极大的兴趣观看了斯宾士的表演。虽然实验并不完善，而且有的现象斯宾士本人也不能解释，但是在富兰克林眼前却展现出一个崭新的领域。富兰克林当时已经 40 岁了，他像年轻人一样兴冲冲地拉着斯宾士问长问短。斯宾士很感动，临别的时候拍着他的肩头说：“这是一块等待开垦的处女地，先生确有兴趣，就来参战吧！”

富兰克林怀着跃跃欲试的心情回到费城。真是无巧不成书，几天以后，他的一位通信朋友、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，并且附有实验说明。这只莱顿瓶是经过改进的，里外都衬有金

属箔，电的性能更明显。科林逊是一位植物学家，他不远千里寄赠莱顿瓶，足见这项发明当时影响很大。富兰克林喜出望外，立刻邀请几位挚友动手试验起来。当时谁也没有料到，这位 40 出头的新兵，一年以后竟成为电学研究的主将。

起初，他模仿斯宾士的表演，做了一些简单的试验，一一应验。没多久，他就有了好几项有价值的新发现。为了集中全部精力投入电学研究，富兰克林索性把印刷所也出让了。朋友们听说他改行搞电学了，都觉得奇怪。他们远道赶来观看试验，经常把家里挤得满满的，连丽德也成了热心的观众。富兰克林常请客人们即席登场，当实验助手。他还自备原料，在玻璃厂吹制了各种瓶子和试管分赠好友，发动更多的人参加研究。通过反复实验，细心揣摩，富兰克林对静电特性渐渐有了独到的见解。有一次，他叫两位朋友并立在绝缘板上，他自己却站在地上。左边的朋友用手摩擦一个玻璃管，使它带电。右边的朋友再用手指接触玻璃管，也带上电。然后他伸出双手分别和两位朋友接触，只要气候干燥，接触的时候就会看见电火花。但是，他发现如果两位朋友在和他接触以前互相触摸一下，就不会出现电火花。这个现象在客人们看来有点像耍魔术，而富兰克林却得到很大启发。1734 年，法国人杜法伊（1689～1739）发现，摩擦玻璃棒和摩擦胶木棒所产生的电特性不同，同电相斥，异电相吸。这样，杜法伊就断定电的本质有两种。富兰克林对这个观念一直有疑问，现在终于找到答案了。他确认：电的本质只有一种。每个物体都带有一定量的电质，定量不足带“玻璃电”，如果过量就带“树脂电”。他并且用正负符号表示这两种电荷，这和“失去电子带正电，得到电子带负电”的现代解释已经很接近。富兰克林用这种观念圆满解释了实验，他指出摩擦玻璃管的朋友失去电质带负电，另一个朋友带正电。两位朋友互相接触以后，电质重新平衡，所以不带电了。他根据这个实验提出了著名的电荷守恒原理，就是在任何一种绝缘体系中，总电量是一定的。富兰克林因此成为电学史上第一个正确阐述电的性质的人。

富兰克林用莱顿瓶也做了不少新实验。他发现用尖头的东西接近莱顿瓶铁杆，会闪现比较强的电火花。如果换成圆钝的根，火花就很弱。他还用仪器证明了莱顿瓶内外两层所带的电正好极性相反，数量相等。这些新发现使富兰克林非常兴奋，也受到很大鼓舞。但是莱顿瓶也给他带来过麻烦。有一次，他把几只莱顿瓶联在一起，来加大电容量。不料，实验时候守在一旁的丽德不小心碰了一下莱顿瓶，只听得“轰”的一声，一团电火闪过，丽德被击中倒地，面色惨白，后来足足躺了一个星期。这次惊险的意外事故给富兰克林留下深刻的印象，他始终也忘不掉。也正是这个印象，使他联想到空中的雷霆闪电。