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电的研究历程上

公元前年左右,古希腊学者泰勒斯就发现摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象。

泰勒斯(古希腊,约前-)

公元1世纪,我国学者王充在《论衡》一书中也写下“顿牟掇芥”一语。此语意为摩擦过的琥珀能吸引像草芥一类的轻小物体。

王充(东汉,27年-97年)王充《论衡》

16世纪,英国科学家吉尔伯特在研究这类现象时,通过实验发现,不仅琥珀在被摩擦之后能吸引轻小物体,而且还有许多物质如金刚石、水晶、硫黄、玻璃、松香等在摩擦后也有类似的“琥珀之力”。他首先根据希腊文的琥珀创造了英语中的“electricity”(电)这个词,用来表示琥珀经过摩擦以后具有的性质,并且认为摩擦过的琥珀带有电荷(electriccharge)。

吉尔伯特(英国,-)

人们发现,很多物体都会由于摩擦而带电,并称这种方式为摩擦起电(electrificationbyfriction)。

美国科学家富兰克林通过实验发现,雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相同,并命名了正电荷(positivecharge)和负电荷(negativecharge)。迄今为止,人们没有发现对这两种电荷都排斥或都吸引的电荷。自然界的电荷只有两种。

富兰克林(美国,-)

以上是‘’电‘’这个词的由来和它被发展的开端,总体来说,从泰勒斯和王充的发现,就已经有了‘’电‘’的线索,到后来人们循着这条线索去发掘、研究它,才一步步发现了它的重大价值。

(题外话:很多古代的典籍蕴藏着无穷的价值:当年屠呦呦研究青蒿素时,反复实验没有好效果,她重整研发的思路,她想,为何历代名医称道的好药,诸如青蒿,今日众人试之却无明显的疗效?她再次埋下头去,重读一本本中医古籍。

一天,当她读到东晋葛洪撰写的《肘后备急方》时,其中一句话猛然提醒了屠呦呦,青蒿一握,水一升渍,绞取汁尽服之。屠呦呦当即就想:浸泡、绞汁?干嘛不用水煎呢?是否害怕水煎的高温或酶的作用,破坏了青蒿的疗效?如此一想,屠呦呦就改用乙醚冷浸法处理青蒿,然后将提取物注入染有鼠疟的小白鼠,发现对鼠疟的抑制率惊人地显示出%的抑制率。屠呦呦和她的科研组小组欣喜若狂,就找到了出路)

吉尔伯特命名了‘’电‘’,富兰克林把电分为正负。再接下来,对“电”的研究,要研究什么呢?那当然是从“力”的角度入手,诸如“电荷之间有没有作用力,作用力是怎样的‘’或‘’电和其它物体之间有没有作用力;电与其它物体之间的作用力是怎样的‘’这方面的问题入手,这可是个重要的切入点,因为有力就能做功,就可以把电变为生产力了。

较早研究这个问题的是英国科学家卡文迪什(英国,-)和普里斯特利(英国,~,发现氧气的人)等人,他们都确信电荷间存在力,并且力的大小象万有引力一样,与两电荷之间的距离的平方成反比。

卡文迪什(又译卡文迪许,英国)普里斯特利(英国)

不过,最终通过实验证实这一结论的是法国科学家库仑。他设计了一个十分精妙的实验(扭秤实验),对电荷之间的作用力开展研究。最后确认:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。这个规律叫作库仑定律(Coulomb’slaw)。这种电荷之间的相互作用力叫作静电力(electrostaticforce)或库仑力。

库仑(法国,-)

那么既然电荷之间有了力,那具体这种力是通过什么方式来相互作用的呢?

这时候科学家们就脑洞大开了,他(她)们提出各种假设,脑洞开的最大的一个科学家是法拉第,他想到:电荷的周围是不是存在着一种无形的力量,他把这种力量叫做‘场’:

19世纪30年代,法拉第提出一种观点,认为在电荷的周围存在着由它产生的电场(electricfield)。电场是看不见、摸不着的,但人们却可以根据它所表现出来的性质来认识它,研究它。

处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的。例如,电荷A对电荷B的作用力,就是电荷A的电场对电荷B的作用;电荷B对电荷A的作用力,就是电荷B的电场对电荷A的作用,电荷之间通过电场相互作用。

英国科学家法拉第

既然有电场,有粒子,他们之间就有作用力,很显然,带电粒子就可以在电场中运动。由此,带电粒子在电场中被加速或偏转这方面的研究就深入起来,能显示带电粒子运动径迹的示波器等仪器也被发明出来,为进一步研究‘‘电’’提供了条件,也为电视机的发明创造了条件。

以上,是对‘’静电’‘研究的主要历程。那么,流动的电荷是怎样被发现和研究起来的呢?

(且到中回分解)



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