富兰克林的风筝实验证明了什么

富兰克林的风筝实验证明了什么
富兰克林的风筝实验证明了什么

富兰克林的风筝实验证明了什么
富兰克林(Benjamin Franklin,1706－1790),美国科学家、发明家、政治家和社会活动家.他首先将两种电荷定名为正电和负电；提出单流体说；提出电荷守恒原理；做了著名的费城风筝实验,统一了天电和地电；发明了避雷针.
富兰克林于1706年1月17日出生在美国马萨诸塞州波士顿市.他的父母都是英国移民,以制造蜡烛和肥皂为业.8岁时,富兰克林被送进学校,学习成绩优良.但是,由于他的兄弟姊妹众多(共10个,他排第八),父母收入不多,生活非常贫寒,10岁时便辍学了,从此再也没进学校学习过.
虽然富兰克林离开了学校,但他从没有放弃学习知识的机会,靠艰苦的自学,成为一名知识渊博的人.富兰克林在他父亲的蜡烛肥皂店里工作了两年.他整天做剪烛芯、灌烛模、制肥皂、守店铺、打杂跑街等繁重的工作.但是,不管怎样劳累,工作之余都要抓紧时间自学,把他父亲的大部分藏书都读了一遍,并把自己所得的钱都花在买书上.父亲看他那么喜欢书,便把富兰克林送到他当印刷所老板的哥哥处做学徒工.年仅12岁的富兰克林就跟哥哥签订合同,规定学印刷手艺直到21岁.在这9年的学徒期间,除供给膳宿和衣服外,没有其它报酬,到最后一年,才能得到普通工人的最低工资.
富兰克林用了很短的时间就掌握了一定的印刷技术,成为哥哥的得力助手.那时,他认识了几何书店的学徒和一些藏书爱好者,便晚间向人借书,彻夜阅读,第二天一早就送还.人家知道他借书还得快,而且很爱护书,都喜欢借书给他.他读的书很杂,从政论文、文学评论、散文,到算术、几何、英文文法等.14岁时,他开始练习写作,并有多篇文章在报上发表.
1723年,17岁的富兰克林忍受不了哥哥对他经常的吹毛求疵和故意挑剔,独自一人到费城谋生,并在一家印刷所里当上了正式的印刷工人.第二年,他又漂洋过海到伦敦闯荡,并结交了一些有名的人物.
1726年10月,富兰克林在好友的邀请下又回到费城,重操印刷旧业.后来他在自传里对伦敦的这段生活做了简要的总结：「我就这样在伦敦大约住了18个月,大部分时间都辛勤地工作,除看戏和读书外,很少把时间花在自己身上…我结识了一些聪明智慧的人,跟他们交谈使我受益匪浅,并且我还读了许多书.」
1727年,富兰克林同几位好友共同创办了一个青年组织—「共进社」,帮助普通人进行自学.这个活动引起青年们的极大兴趣,其它城市的青年人也相继建立了类似的组织,它存在几乎达40年之久.几年后,富兰克林创办了自己的报纸—《宾夕法尼亚报》.他精心编排,亲自撰文,所写的文章很受欢迎,再加上印刷精美,很快就在读者中树立了良好的形象.这张报纸不但使他的个人声望大大提高,而且为他带来了可观的利润.
1733年,富兰克林开始学习外语.他先后学会了法语、意大利语和西班牙语,这对他以后搞科学研究和从事外交活动都大有裨益.
1743年,他在费城创建了美国第一个科学团体「北美增进有用知识哲学会」,后来这个哲学会发展成为美国的首批大学之一—宾夕法尼亚大学.
从1746年,40岁的富兰克林对科学研究产生了浓厚的兴趣.他涉猎的领域十分广泛,如气象学、生物学、地质学、化学、农学和数学等方面,而且都取得了不少成就.当然,最大的成就是在电学研究中取得的.他总结出电荷有两类,正电和负电,并分别用「+」和「-」来表示.他的这一重大发现,为定量研究电荷的性质打下了坚实的基础.
1788年,法国科学家库仑发现电荷间相互作用力的著名的「库仑定律」,就是从这一概念出发的.富兰克林进一步提出,电荷不能创生,也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体,他说：「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,摩擦者失去的电和玻璃管获得的电严格相同.」他的这段话,实际上就是提出了电荷守恒原理.
他还提出了「单流体」假说来解释电的本性问题.虽然他的解释并不完善,但他的理论还是给人们以有益的启示.富兰克林最精彩的杰作是1752年做的风筝实验,他冒着生命危险揭开了雷电现象的神秘面纱,证明天电和地电是一样的.
由于在科学研究上的辛勤劳动和辉煌成就,1753年英国皇家学会授予富兰克林科普利奖章.1754年他同时获得哈佛大学和耶鲁大学授予他的荣誉硕士学位,他为自己「这样没有上过大学的人分享了大学里的荣誉」感到万分荣幸.英国的爱丁堡大学、圣安德鲁大学和牛津大学都先后赠给他博士学位.1756年当选为英国皇家学会会员,1769年当选为美利坚哲学会会长,一直连任到他去世之日,1772年还当选为法兰西科学院的外国院士.
富兰克林之所以成为多方面发展的卓越的科学家,主要是由于他一贯坚持勤奋自学和刻苦钻研.同时,长期的劳动实践也为他提供了丰富的经验.
在美国独立战争期间,富兰克林积极参加反英斗争,并于1776年参加起草《独立宣言》.1776年一1785年出使法国,促成1778年法美同盟的缔结. 1787年5月到9月,美国在费城召开了制宪会议,制定美国宪法.81岁高龄的富兰克林虽然已经手足麻痹,身心不适,但他仍被选为制宪会议代表,参加起草了美国的宪法.他极力主张废除农奴制度,为解放黑奴做出了很大贡献.
1790年4月17日,富兰克林在费城与世长辞,享年84岁.出殡的那天,2万多人为他送葬,表达了人们对这位伟人的崇敬和爱戴.为了纪念富兰克林为电学发展做出的贡献,后人将厘米‧克‧秒制静电系电量的单位定名为「富兰克林」,1富兰克林=10/c库仑(c为光速).
1745年,荷兰莱顿大学的物理学教授马森希罗克发明了莱顿瓶,使摩擦生成的电可以被储存起来,这在欧洲引起了巨大的轰动,不久便传到了美洲.40岁的富兰克林在波士顿看到一位英国学者用莱顿瓶做的实验,深深地被吸引住了.他写信给在英国伦敦的友人,不久就得到朋友赠送的一只莱顿瓶,便开始了对电现象的研究.
在富兰克林之前,人们对天上的雷电有一种恐惧感和神秘感,甚至许多人认为雷电是上帝发怒时而发出的吼声.富兰克林在用莱顿瓶做实验的过程中,面对着电火花的闪光和劈啪声,总是禁不住与天空的电闪雷鸣联系起来.他比较了 雷电和莱顿瓶放电,发现它们有许多共同之处：它们都发出相同的光色,有锯齿般的形状,能被金属、水或冰传导,能点燃易燃物,杀死动物,熔化金属,破坏磁性.有一次,他将几个莱顿瓶连接起来,准备用强电击杀一只火鸡,不料, 实验还未开始,他自己先碰到了莱顿瓶,结果当场被击昏过去.等他醒来之后,不失诙谐地说了一句：「好家伙,我本想电死一只火鸡,结果差一点电死一个傻瓜.」尽管电学实验很危险,富兰克林还是决定捕捉天电.
怎样捕捉天电呢?莱顿瓶是很合适的,因为它能储存电.问题是怎样能将天电引到莱顿瓶呢?用竹竿显然架不了多高,即使架在建筑物上,比起高高的天空也是太低矮了.富兰克林冥思苦想多日.突然,他的眼睛一亮,何不用风筝来引天电呢!于是,他和儿子威廉一起用两根很轻的杉木做成一个十字架,然后把一块丝绸的四个角扎在十字架的末端,这样就做成了一个大风筝.然后把一根很细的铁丝固定在十字架的直木条的顶上,使铁丝超出木架约20厘米,这样可以更好地引下天空中的电.铁丝末端与放风筝的丝线相连.
1752年7月的一天,美国费城的上空阴云密布.富兰克林知道,盼望多日的暴风雨就要来了.他喊上儿子威廉,拿止大风筝,包好莱顿瓶,跑到了离家不远的田野上.强风托着风筝扶摇直上,转眼就飞入云霄.随着一阵电闪雷鸣,大 辆倾盆而下.不一会儿,富兰克林父子俩的外衣便被淋湿后已经成为导线.为了防止将电引到自己身上,富兰克林用一块干绸巾包住拉风筝线的手,并且在风筝在线挂上一把铜钥匙准备引电用.
风筝穿进带有雷电的云层,闪电在风筝上闪烁,雷声隆隆.这时,富兰克林发现丝在线的毛毛头全都竖立了起来,他断定整个风筝带电了.当他感到扣风筝线的手有些麻木的感觉时,就把另一只手的手指靠近铜钥匙,顷刻之间,钥匙上射出一串串火花.
「哎哟!」富兰克林叫喊了一声,赶紧将手指抽回,无限的欢乐也像电流一样传遍他的全身.他喊起来：「威廉,我受到电击了!我们捕捉到了天电!」他顾不得危险,让儿子拿出来莱顿瓶,将铜钥匙栘近莱顿瓶的金属球,直接给莱顿瓶充了电.就这样,过去神秘而可怕的天电被富兰克林装进了瓶子.
事后,富兰克林用收集起来的天电做了一系列实验,结果证明它的性质与用起电机产生的电完全相同,天电只不过是剧烈的放电而已.
应该指出的是,富兰克林的风筝实验是很危险的,那次他没有出现意外,完全是侥幸.在富兰克林实验后的第二年,一个叫李赫曼的俄国人也学着富兰克林作这个实验,结果当场被电死了.
弄清了天电的性质,富兰克林想起他平时用莱顿瓶做实验时,发现尖端更易放电的现象.他马上想到利用尖端放电原理将天空威力巨大的雷电引入地面,以避免建筑物遭雷击.
1760年,富兰克林在费城一座大楼上树起了一根避雷针,效果十分显著.费城各地竞相仿效,到1782年,全城已装了400根避雷针.教会起先反对装避雷针,说雷电是神表示的愤怒,不允许人们干涉它们的破坏力.但教会的反对 并起不了多大的作用,人们还是相信科学.据说过了100年,费城盖了一座教堂,教会也害怕遭雷击,去请教大发明家爱迪生要不要装避雷针,爱迪生不无讽刺地说：「雷电也有疏忽大意的时候,你们说要不要装?」结果该教堂还是装上了由富兰克林发明的避雷针.
证明天电和地电是一样的

雷电只是普通的放电现象。