当前位置： 电气装置 >> 电气装置市场 >> 人间的普罗米修斯从费城实验到发明
在希腊神话故事中,有一个为人间造福的天神——普罗米修斯。
普罗米修斯盗火他从天上盗取火种带到人间,因此触怒了主神宙斯,被锁在高加索山崖上,每日遭神鹰啄食肝脏。他宁受折磨,坚毅不屈,最后被大力神赫拉克勒斯解救。
受尽煎熬的普罗米修斯人间的“普罗米修斯”而在人间,有一位科学家冒着生命危险进行捕捉雷电的实验,发现了天上闪电打雷的秘密,从而成功地设计制造出避雷针，避免了许多人畜、房屋遭受雷击,被称为人间的“普罗米修斯”。
富兰克林的费城实验长期以来,由于雷电的破坏性很大,人们都有一种恐惧的心理。当时有许多人把雷电视为“上帝之火”,是天神发怒的结果。富兰克林却不相信这种说法,为了搞清雷电是不是一种放电现象,以及空中的闪电和由人工摩擦而生的电是否具有相同的性质,富兰克林进行了历史上著名的“费城实验”。
富兰克林“费城实验”，胆子是真大！年7月一个雷雨交加的天气,在美国费城郊外一间四面敞开的小木棚下,富兰克林和他的儿子威廉,将一只用丝绸做成的风筝放上天空,企图引下天空中的雷电。风筝顶端缚了一根尖细的金属丝,作为吸引电的“先锋”,中间是一段长长的绳子,打湿以后就成了导线。绳子的末梢系上充作绝缘体的绸带,绸带的另一端则在试验者的手中,在绸带和绳子的交界处,挂上一把钥匙,作为断路器。为了避免吸引下来的电通过实验者而造成触电,手中的绸带必须保持干燥,这就是富兰克林躲在小木棚下的原因。随着一道长长的闪电,风筝引线上的纤维丝纷纷地竖立起来,富兰克林心里一阵高兴,禁不住想把左手伸过去抚摸一下,忽然“哧”的一声,在他的手指尖和钥匙之间跳过一个小小的火花。富兰克林只觉得左半身麻了一下,手不由己地缩了回去。
“这就是电!”他兴奋地叫喊道。富兰克林在给他的朋友柯灵逊的信中,比较详细地谈到当时实验的情况,他写道:“当带着雷电的云来到风筝上面的时候,尖细的铁丝立即从云中吸取电火,风筝和绳子全都带了电,绳子上的松散纤维向四周竖起来,可以被靠近的手指所吸引。当雨点打湿了风筝和绳子,以致电火可以自由传导的时候,你可以发现电火从钥匙向你的指节大量地流过来。用这个钥匙,可以使莱顿瓶充电,用充得的电火,可以点燃酒精,也可以进行其他电气实验,像平常用摩擦过的玻璃球或者玻璃管来做的电气实验一样。于是,带着闪电的物体和带着普通电的物体之间的相同之处就完全显示出来了。
“费城实验”的历史影响及后续“费城实验”的结果,令人信服地证明天空中的闪电和地面物体摩擦产生的电是属于同一种物理现象,天电和地电的性质是一样的。
不久,富兰克林写了一篇《论闪电和电气的相同》的论文,寄给英国皇家学会,希望他对雷电本质的阐述能引起应有的重视。但是,他的科学成果受到意外的冷遇。当富兰克林的论文在皇家学会的会议上宣读时,引起的反应只是一阵轻蔑的嘲讽和怀疑。这些“大学者”们不相信,科技落后的美洲的一个小人物居然能比他们还有能耐。
但是,富兰克林的观点有科学的实验做基础,任何权威也否认不了。正如他自己所说:“我所说的都是实验的描写,任何一个都能复试和证明,如果不能证明,也就无法辩护。”
过了不久,法国的科学家特里布尔在巴黎成功地重复了富兰克林的“费城实验”,甚至被国王路易十五请去进行了表演。这样一来,欧洲科学界才开始承认富兰克林的研究成果,渐渐改变了对他的偏见,后来甚至还接纳他为英国皇家学会的会员,授予他柯普利金质奖章。
富兰克林的“费城实验”很快传遍了世界,不少科学家也开始转向研究雷电。当富兰克林的实验传到俄国彼得堡后,俄国科学院院士利赫曼教授也对雷电现象做了大量的研究。他在家中设计安装一个装有金属尖杆的“检雷器”,想测定云中有没有电。
年夏天,利赫曼在实验室做实验时,看到雷雨欲来,便匆匆赶回家,准备观察仪器的指针有什么变化,不幸被雷电击中而身亡,成了电学史上第一个献身的人。消息传到费城,富兰克林十分难过,这促使他加快了对雷电应用的研究。
对雷电应用的研究富兰克林很早就注意到,高大的树木、教堂的顶端、船只的桅杆等,凡是高耸的目标,都容易招引雷电。怎样才能避免雷电的袭击呢?
在雷电实验中富兰克林已经了解到,雷电现象是一种大规模的火花放电现象。天空中的闪电打雷现象,是由于大气在激烈上升或下降的过程中发生摩擦,致使一部分云块带上正电,另一部分云块带上负电,当两部分云块相互接近时,就发生大规模的空中放电现象。而能够击毁房屋、击毙人畜的“落地雷”,则是天空中带电的云块和地面之间放电形成的。如果天空中有一块离地面较近的云带了大量正电,由于静电感应,地面上离云块较近的高大物体上的云就会带大量的负电,于是云块和高大物体之间就会发生“电闪雷鸣”,结果往往造成十分严重的后果。
通过以上分析,富兰克林清楚地认识到,如果能用某种方法阻止电荷的大量集聚,雷击就可以避免。
发明避雷针在后来的实验和观察中,富兰克林发现了“电荷易被尖形的金属棒吸收”的特性,他在实验记录中写道:
“眼前我还没法证明,天空中的闪电是否也有这种特性。不过它既然同摩擦而产生的电有许多相同之处,看来这一种特性也不可能被排除。“
富兰克林决定用“电荷易被尖形的金属棒吸收”的特性和费城风筝实验的原理,来制作一个避雷装置。他想,我已经用实验证明了,雷电是可以引导下来的。那么,如果在屋顶上安上一根容易吸收电荷的金属棒,再在金属棒末端系上一条金属线,直通到地下,这样,金属棒在遇到带电的云块时,就能借助金属线,不断把电传人地下,避免电荷在房子顶端大量集聚,从而使屋子免遭雷击。
富兰克林决定在自己居住的房子屋顶做这项实验。他在附近的铁匠铺定做了一根米多长、顶端尖尖的细铁棒,把它安在烟囱顶上。铁棒的下端拴上金属线,然后把金属线沿着楼梯引到屋子里的金属水泵上,这水泵是通向地下的。这样,从烟囱顶上引导下来的电,就会乖乖地进去地下去。
爱探索科学的富兰克林……为了能得知有没有电荷通过导线流到地下,他又把屋里的那一段金属线分成两股,两股线相隔一定距离,各挂上一个小铃,铃的中间,用丝线吊着一只小铜球。如果金属线中有电荷流过,两只小铃上的铜球由于受相斥力的作用,就会发出叮当的响声。
在一个雷雨的天气里,富兰克林在屋里紧张地观察着他精心设计的试验结果。每当天空中出现一道强烈的闪电,那系在丝线上的小球就不断地左右摆动,小铃铛就发出一阵阵清脆悦耳的响声。这说明,避雷装置正在把天空中的大量电荷送入地下,试验成功了!
“避雷针”配图在费城实验的第二年,世界上第一套避雷装置就这么诞生了。由于这个装置带有一个尖尖的针状铁棒,富兰克林把它取名为“避雷针”。
总结纵览富兰克林做“引电”实验，再到发明避雷针。可以看出，对于科学的热爱和骨子里的不服输，对于科研的难得任性使得富兰克林成为人间的“普罗米修斯”！这点无可厚非！#三分钟讲历史#