玻璃球起电机是谁发明的(玻璃球什么时候发明的)
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富兰克林什么时候发现了电?
那个“瓶子”就是一个电容
莱顿瓶的发明与富兰克林的实验
莱顿瓶的发明是电学发展中十分重要的一步。莱顿瓶是由荷兰物理学家马森布洛克(p.V.musschenbrock,1696-1761)在1745-1746年间发明的。马森布洛克是荷兰莱顿人,故莱顿瓶因此而得名。
在那时候经常出现这种现象,即好不容易起得的电往往在空气中逐渐消失。为了寻找一种保存电的方法,马森布洛克试图使电能贮藏在装水的瓶个。他将一根铁棒用两根丝线悬挂在空中,用起电机与铁棒相连;再用一根铜钱从铁棒引出,浸在一个盛有水的玻璃瓶中,然后开始实验,他叫一助手一手握住玻璃瓶,马森布洛克在燃散旁使劲摇动起电机(一个绕轴旋转的玻璃球,球与人的手掌摩擦,就带电了)。实验见图所示。这时,他的助手不小心另一只手碰到铁棒,他猛然感到一次强烈的打击.全身部颤抖了一下,不禁喊叫起来。于是马森布洛克与助手互换了一下,让助手摇起电机,他自己用右手托住水瓶子,并用另一只手去碰铁棒,这时他的手臂与身体也产生一种无法形容的恐怖感觉,“好象受了一次雷击那样”。他由此得出结论,把带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来。只是当时搞不清楚起保存电荷作用(按现在说法是蓄电作用)的究竟是瓶子,还是瓶子里的水?
不久,对莱顿瓶进行了改进,把玻璃瓶的内壁与外壁都用金属箔贴上。在莱顿瓶顶盖上插一根金属棒,它的上端连接一个金属球,它的下端通过金属链与内壁相连。这样莱顿瓶实际上是一个普通的电容器。若把它的外壁接地,而金属球连接到电荷源上,则在莱顿瓶的内壁与外壁之间会积聚起相当多的电荷。当莱顿瓶放电时可以通过相当大的电流。
莱顿瓶的发明,为科学界提供了一种贮存电的有效方法,为进一步深入研究电现象提供了一种新的强有力的手段,对电知识的传播与发展起了重要作用。
就在莱顿瓶发明的那一年,英国一名位叫考林森(P.Coullinson)的物理学家向远在美国费城的本杰明·富兰克林(B.Fanklin,1706-1790)邮寄了一只菜顿瓶,并在信中向他介绍了使用方法,这样莱顿瓶带来的电的知识很快传播到了北美。富兰克林对此极感兴趣,利用莱顿瓶作了一系列实验,并对莱顿瓶的功效进行了深入的分析。
富兰克林不仅是一位杰出的美国政治家,也是一位科学家。他出身于美国波士顿的一个蜡烛制造工的家庭,由于孩子多,父亲收入不高,生活相当贫寒,只念了二年书,就去当学徒,工作时间很长,但仍利用业余时间,刻苦自学。他自小热爱自然科学,然而在四十岁前,终日为生活奔波,没有时间进行科学研究,他在科学上的成就大多在四十岁以后取皮竖氏得的。多年来,不管工作如何繁忙,总是勤奋自学,他自学了意大利文、西班牙文等多种外语,广泛接受了多方面的知识,终于成为电学研究的先驱。
富兰克林用莱顿瓶做的第一个重要实验是发现了正电和负电以及电荷守恒定律。他让A、B两人分别站在绝缘的箱子上,A摩擦一支玻璃棒,然后让B用肘部接触这根玻璃棒,并让A、B分别与站在地上的第三个人C相互接触。结果发现A与C及B与C之间都有火花。这说明A、B两人都带电。重复这个实验,但让A、B带电之后,先相互接触,然后再与C接触,结果都没有火花。这说明A、B两人在相互接触后都不带电。为了解释这种现象,富兰克林提出了单元电液理论,他认为平衡时电液以一定的比例存在于物质之中。上述实验中,摩擦的作用使得A身上的某些电液转移到玻璃棒上,B与玻璃棒接触后又传到B身上,因此A缺少电液,而B多余电液;A与B相互接触,又使多余电液传回到A身上,从而又使A、B都带有正常数量的电液,既不多又不少,故不显电性。
在此基础上,提出了纤纤正电与负电的概念:认为缺少电液,就带负电,用“-”号表示;多余电液就是带正电,用“+”号表示。而且正负电荷可以相互抵消。在此之前,人们只能定性地讨论“玻璃电”(摩擦玻璃棒所得的电)和“琥珀电”(摩擦琥珀所得的电),认为是两种电,而富兰克林把它们统一为一种电。他提出的正、负电,不仅仅是符号上的改变,而且为定量研究电现象提供了一个基础,使得人们第一次有可能用数学来表示带电现象。
富兰克林还认为摩擦之所以起电,只能使电液从一个物体转移到另一个物体,“电不因摩擦而生,只是从摩擦者转移到了玻璃棒,摩擦者失去的电与玻璃棒获得的电严格相同”。这就是通常所说的电荷守恒原理。富兰克林的理论足以解择当时人们已知的绝大多数静电现象。不过从现代观点看,所谓电液当然是不存在的,用它来解释电现象也是不正确的,但尽管如此,正、负电的概念和电荷守恒的原理至今仍为正确,一直延用至今。
富兰克林的另一项重大实验就是证明了雷电与摩擦电本质是一致的,从而彻底破除了人们对雷电的迷信。长期来由于雷电的破坏性很大,人们都有一种恐惧的心里,宗教为愚弄人民,说“雷电”是“上帝之火”,是天神发怒的结果。富兰克林却不相信这种说法,一直在思考着雷电的电与摩擦电本质上是否一样,有什么区别。有一天为加大容量,将几只莱顿瓶联起来作实验,当实验正在进行肘,他的夫人丽达进来观看,一不小心碰例了莱顿瓶,突然闪过一团电火,随着一声轰响,丽达被电击倒在地,不省人事,经抢救脱险,在家整整躺了一个星期。这起事故给富兰克林留下了特别深刻的印象尤其是那伴随着轰鸣声的电火,使他联想起暴风雨中的雷电不也是电光闪闪,轰声隆隆吗?因此他觉得很有必要将雷电捉下来研究。于是在1752年7月一个雷雨天作了著名的费城实验,企图把天电捉下来看看。富兰克林用绸子作了一个大风筝,风答顶上安上一根尖细的铁丝,用来捉电,并用麻绳与这铁丝联起来,麻绳的末端拴了一根铜钥匙,钥匙塞在莱顿瓶中间。他和他的儿子一起将风筝放到天空中,这时一阵雷电打下来,富兰克林顿时感到一阵电麻,于是他起紧用丝绸手帕把手里的麻绳包起来,继续捉天电当他用另一只手去靠近系在麻绳上的铜钥匙,蓝白色的火花向他手上击来,这时麻绳上松散的毛毛头向四周竖立起来,天电终于捉下来了。富兰克林用这种方法使莱顿瓶充电,发现这种天电同样可以点燃酒精灯,也可以做用摩擦过的玻璃棒所做的其他许多电的实验,从而证明天电与地电的一致性。
富兰克林的实验有很大的危险性,他之所以末出人身事故,完全是一种侥幸。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及其学生罗蒙诺素夫也研究了这个实验,对雷电现象作了大量的研究。他们设计制作了一个装有金属尖杆的“检雷器”,想测定云中有没有电。1753年夏天,利赫曼教授在实验室作实验时,看到雷雨欲来,便匆匆回家,准备观察仪器的指针有什么变化,不料一个劈雷突然打下来,击倒了利赫曼教授,待罗蒙诺索夫闻讯赶来时,利赫曼教授已为人类的科学事业贡献了自己的生命。因此人类在攀登科学高峰的过程中,需要付出艰辛的劳动,甚至为之献出生命。
在弄清了雷电的本质后,富兰克林就提出了用避雷针来保护建筑物的建议,1754年首先在普兰梯兹城安装了避雷针。有人问他,你怎么想到尖端能削弱雷电?他回答:从各个方面看到雷电酷似静电放电如它们的颜色、扭扭曲曲的放电路径、声音、危害性等,把这两者统一起来是合情合理的,因此提出用一个矗立的尖端去吸引雷电的主张。
避雷针的发明是电学理论的第一个实际应用,它反过来又促进了电学的研究。
摘自《物理学上的重大实验》(谭树杰 王 华 编著)
格里克是如何发明的起电机?
不过,起电机最早却是由德国物理学家格里克(1602~1686)于1660年发明的。这种起电机与豪克斯比的仿差起电机相比主要不同之处是,他用的是实心硫磺球,而不是空心玻璃球。在豪克斯比之后,又有许多科学家发明了各种各样的起电机,例如18世纪上半叶,英国戈登用玻璃圆筒、瑞士普兰达与英国詹斯登用圆玻璃板,分别代替玻璃球,使摩擦起电机更接近了现代形态。又如,德国特普勒(1836~1912)和霍尔兹(1836~1913)在1865年又发橡雀明了另一梁大早种形式的起电机——感应起电机。
玻璃球是谁发明的?
比较权威的说法是玻璃是由一名叫做纳夫的人发明的,并且这名叫纳夫的专家所制作的玻璃非常巨大,由此玻璃开始被广泛应用。但是根据史料记载,最早制造并且使用玻璃的其实是来自于古埃及的人。并且有不少权威的证据能够证明,玻璃早在距今4000多年前就已经出现了。更加令人惊讶的是,玻璃在几千年前就已经成为了人们生活中唾手可得的日用品。
一、几千年前的玻璃出土
能够佐证几千年前就有玻璃存在的有大量史料,更为重要的是,在近几年还有来自几千年前的玻璃出土。早在十几年前,就有考古学家在古埃及的遗迹中发物扰知现了有玻璃的存在,并且这些玻璃被打磨的十分精细,有很多被打磨成了球形,也就是玻璃珠的形状。由此可见,在数千年前,古人们就已经掌握了制造玻璃,和打磨玻璃的技术了。
更有甚者,考古学家们曾经在相关的书籍中发现,在四世纪左右,古罗马的民众们就会把玻璃安装在家具或者是门窗上用做装饰。而到1200年左右,意大利地区的民众对玻璃的李渗技术已经掌握的十分完美。而之所以认为纳夫是玻璃的发明者,不是由于纳夫是最早制造玻璃的人,而是由于纳夫发明了制造大块玻璃的方法。
二、纳夫制造大块玻璃
无论是史料的记载,还是考古学家的挖掘成果都没有发现太大块的玻璃,足以证明古人们虽然有了冶炼出玻璃的技术,但没有办法冶炼出大块的玻璃。而这名叫做纳夫的专家,在经过不断的研究后,终于得出了制造大块玻璃的方法。因此,后世有不少人认定纳夫是玻璃的发明者,但其实这种说法是不够准确的,玻璃更多凝结的是来自几千年前的古埃及人,以及古罗马人罩消的智慧与心血。现代人只是在玻璃冶炼技术的基础上进行锦上添花,而并没有对其做出独创性的改变。和玻璃有异曲同工之妙的还有眼镜的发明,感兴趣的朋友也可以了解一下。
莱顿瓶是如保发明的?
电,这个无处不在、神出鬼没的幽灵,人类从认识它到驾驭它、利用它,历经了好几百年的时间。在古人眼里,雷电是天神发怒的象征。琥珀摩擦后可以吸引纸屑和芥子;梳头解衣时,往往火花伴随噼啪声随之而来。这类现象可以说是人类认识电的开端,这种认识只局限于一些日常现象。人们既没有认识到电现象的普遍性,更没有触及它的本性。
电学的发展,只靠观察是不够的,必须进行实验,通过实验有目的地去探索,才可能掌握电的规律。而实验的进行关键在于能够人为地产生电,按照人的意志实现各种电现象,从而达到研究和应用的目者握的。所以,基于摩擦起电的道理出现的摩擦起电机在电学史上占有重要地位。而能产生稳定电流的伏打电池,则进一步使人类能够研究和利用电流的各种效应。我们这里就从摩擦起电机的发明讲起,再介绍化学电池的发明和电学基本规律的发现,以及电流磁效应和电磁感应现象的发现。
1660年前后,在前面提到的那位发明真空泵的德国市长格里克创制了一种机械装置,可以连续摩擦生电。他取一个儿童脑袋一般大的球形玻璃烧瓶,把碎硫磺放进瓶里,一起加热,使硫磺融熔,在加热过程中不断加硫磺,最后,瓶里充满熔化了的硫磺。再插入一根木柄,等硫磺冷却后,打破玻璃,得到一个漂亮对称的硫磺球。他把硫磺球支在木架上,让硫磺球转动,同时把一只手按在球上摩擦,于是硫磺球就会显示出像地球吸引万物般的特性。格里克还发表了另外一张图。实验者正举着带电的硫磺球,球体移到哪里,那里的一切轻质物体都受到吸引。纸片、羽毛纷纷朝它飞来,水球滚动,枯叶摇晃。手指靠近,闪光、爆破声,与雷电无异。
为什么格里克会想到用一个旋转的硫磺球来做实验呢?原来他并不是单纯为了演示电现象,而是为了证明地球吸引力乃是某种“星际的精气”,他的真空实验,也和这个总目标有关。
格里克的硫磺球实验确实模拟了地球的吸引作用,甚至他还显示了硫磺球的引力比地球吸引力大。然而,他也发现两者有不同之处。在硫磺球周围,也会有物体被排斥,羽毛在硫磺球和地板之间会上下跳动。格里克开始领悟到,重力并不能归结于电力,它们各有特点。接着,格里克又做了许多电学实验,其中包括电的传导和静电感应,可惜没有得到别人的重视。
格里克发明摩擦起电机的消息和他的真空泵一起在欧洲各国传开了。人们竞相仿制并改进他的起电机。人们发现,格里克的摩擦起电机其实不必把玻璃瓶打碎,甚至不用硫磺,直接用玻璃瓶就可以做实验。很多人对电感兴趣,有的是为了研究电的性质,有的则是为了让王宫贵族取乐而用于表演魔术,但是在有意无意的探索活动中,逐渐摸清了电的性质。
牛顿对电学也很感兴趣。1657年他用玻璃球起电机研究了电的吸力和斥力、火花放电等现象。1703年12月5日,英国皇家学会热闹非凡,这一天他们有两件新鲜事。一件是牛顿就任皇家学会主席,一件是牛顿任命他的助手豪克斯比(F.Hauksbee)担任实验师,牛顿希望在皇家学会提倡实验,恢复实验空气。豪克斯比当众表演了精彩的真空放电实验。他用摩擦起电灶嫌答机使真空发出辉光,说明真空也会产生电的现象。
进一步的实验,豪克斯比还用棉线隐慧显示了电力,演示了“电风”。他做了一块玻璃圆柱体,长17.78厘米,直径也为17.78厘米,周围是一根木箍,上面等距离地连着许多条棉线,当他旋转并摩擦圆柱体时,棉线沿半径方向伸直,趋向一个中心。豪克斯比没有忘记他的恩师,他把这一事实联系到牛顿的宇宙学说,解释说:这些线条就像是受到了重力,沿直线方向吸向中心。
1720年又有一位英国人叫格雷(S.Gray),他对电的传导进行了研究,发现摩擦过的玻璃所带的电可以转移到木塞上,再经细绳传到20米以外的骨质小球。他还让一个小孩做人体带电实验。他用丝绳把小孩吊在顶篷下,在小孩身下放许多轻质物体,例如羽毛之类。然后将摩擦过的玻璃管接触小孩腿部,结果小孩的手和头部都能吸引羽毛。格雷通过实验,发现了电的传导性,而且分清了导体与绝缘体。
下一步的进展是法国的杜菲(du Fay)作出的。格雷的实验引起了他很大的兴趣,他总结了前人的经验,提出了许多问题,例如:
(1)是不是所有物体都可以靠摩擦带电,电是不是物质的普遍属性?
(2)是不是当所有物体接触或靠近带电体时都可以获得电?
(3)哪些物体会使电的传递停滞,哪些利于电的传递?哪些物体最容易被带电体吸引?
(4)斥力和吸力之间有什么关系?它们之间是否有联系,抑或是完全独立的?
(5)在虚空处、在压缩空气中、在高温下,电的强度是增还是减?
(6)电和产生光的能力之间有什么关系?这是大多数带电体的共同特性。这一关系可以得出什么结论?
为了解答这些问题,杜菲进行了一系列实验。他首先发现能够带电的不仅限于琥珀之类的物品,任何东西,包括金属都可以带电,于是他纠正了前人将物体分为“电的”和“非电的”两类的做法。为了证实一切物体都可以带电,杜菲以自己的身躯做实验。他让助手用绳子把自己悬吊在天花板上,然后带上电;当另一个人接近他时,从他身上发出电火花,产生噼噼啪啪的声响。
杜菲最大的贡献是分清有两种电。他把两小块软木包上金箔,用丝线悬挂在天花板下,取一玻璃棒,用丝绸摩擦后,分别接触这两块软木,结果软木互相排斥。他又做了一个实验,取一松香棒,用羊皮摩擦后接触一软木,而用丝绸摩擦后的玻璃棒接触另一软木,结果发现两者互相吸引。他再用其他许多材料继续实验,发现有的相互吸引,有的互相排斥。于是杜菲认定电有两种。他把玻璃产生的电称为“玻璃电”,松香产生的电叫“松香电”。
莱顿瓶的发明使电学研究又上了一个台阶。1745年,德国的克莱斯特(E.G.Kleist)做了一个实验。他用铁钉把电通到窄口药瓶中,瓶中盛水,瓶子与其他物体绝缘。原来他是想把电存在水中。读者也许会觉得他的想法太幼稚,请不要讥笑他,原始的观念往往导致科学的重大发明。克莱斯特试验果然有一定效果,他再用铁钉将瓶内的水和外界接通时,出现了强烈的放电现象。
克莱斯特没有放过这一现象,而是进一步寻找储存电的规律。他发现,瓶口及外表面必须干燥,如果瓶里装的是水银或酒精,效果更好。
克莱斯特把这一发现写信告诉了好几位友人,他们都回信说重复做了实验却没有能够得到同样的结果,原来克莱斯特在信中少说了一句话:实验者在用钉子通电时,要手持瓶子的外表面,人站在地上(注:也就是说,瓶子的外表面必须接地!)。由于这个原因,克莱斯特的发明没有引起人们的注意。
与此同时,另外有一位实验家在荷兰也做了类似的实验。他是莱顿大学物理学教授穆欣布罗克(P.Musschenbruck)。他把金属枪管悬挂在空中,与起电机连接,另外从枪管引出一根铜线,浸入盛水的玻璃瓶中,助手一只手拿着玻璃瓶,穆欣布罗克在一旁摇摩擦起电机。正在这时,助手无意识地将另一只手碰到枪管,顿时感到电击。于是穆欣布罗克自己来拿瓶子,当他一只手碰到枪管时,果然也遭到强烈的电击。
穆欣布罗克不久在给友人的信中写道:“蒙上帝怜悯,我才免于一死。就是为法兰西王国我也不愿再冒这个险了。”信中他详细描述了实验的条件,所用器材和人的姿势。写得如此真切,令有冒险精神的读者无不跃跃欲试。后来这封信公开发表,许多人重复了莱顿的实验,莱顿瓶也由此得名。
在用莱顿瓶做试验的人当中,有一位法国电学实验家叫诺勒特(J.A.Nollet)最为出色。他改进了莱顿瓶,大大地提高了电的容量。1748年他在巴黎让二百多名修道士在巴黎修道院前手拉手排成圆圈,让领头的和排尾的手握莱顿瓶的引线。当莱顿瓶放电时,几百名修道士同时跳起来,使在场的贵族们无不目瞪口呆。诺勒特组织的表演使电的声威达到了高潮。
豪克斯制造出怎样的起电机?
既然摩擦会生电,那么不就可以由此制成起电机吗?经过几年研制,豪克斯比终于制造出又一种起电机:一个抽空空气的玻璃球可绕轴转动——人用手柄摇,用布帛等物品与这个转动的玻璃球接触,唤樱差就“摩擦起颂虚电和皮”了。他曾用它起电,演示出许多静电现象。
通过上述对玻璃球起电机是谁发明的和玻璃球什么时候发明的的解读,相信您一定有了深入的理解,如果未能解决您的疑问,可在评论区留言哟。
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