电学史上的富兰克林

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　　说起历史上著名的科学实验，富兰克林的风筝实验也许是大众最耳熟能详的一项。这个故事经常出现在小学课文中：富兰克林通过风筝引下了天上的雷电，证明天上的闪电与地上的电是同样的。
　　在一般的科普书中，对富兰克林之前的电学史往往一笔带过，因为除了“电”这一概念本身，早期的电学史并没有留下多少沿用至今的符号或公式。
　　最早关注电的科学家大概是吉尔伯特，他在1600年的《论磁》中考察了电现象与磁现象，并仿造希腊文中琥珀（elektron）一词创造了“电”这个拉丁词（electricus）。在很长一段时间内，电与磁在上流社会中的普及方式，主要都在保健医疗和娱乐猎奇的方面。而到了21世纪，磁化水之类的虚构保健概念仍然大行其道，也难怪17、18世纪的人们趋之若鹜了。
　　1745年，在荷兰的莱顿市诞生了最早的“电容器”，这就是所谓的莱顿瓶，与旋转球起电器结合，可以更大量、更持久地储存由旋转球起电器产生的静电。莱顿瓶一经发明很快就风靡全欧洲，大家争相用莱顿瓶来演示放电现象。除了亲身感受触电的感觉之外，“电火花”也是电学表演中最为显著的现象之一。
　　富兰克林最初是一个出版商，他与欧洲的朋友保持通信，及时获得欧洲的时尚前沿信息，然后在美国印刷传播。电学实验这个新兴事物自然也不容错过。1745年，正好是莱顿瓶刚刚发明、迅速流行的时候，英国商人彼得·柯林森向富兰克林的出版公司赠送了一支用于生产静电的玻璃管，并持续给富兰克林报道来自欧洲的电学新闻。富兰克林显然很感兴趣，很快就跟进购置了一整套电学仪器，开始一系列电学研究。1748年，他干脆把出版公司交给别人管理，自己建立了一个实验室，埋头研究电学问题。
　　富兰克林的改进包括理论和实验两个方面。在理论方面，他接受当时流行的“电是流体”的观点，但增添了正电和负电的概念，并明确了“电量守恒”的原则。在实验仪器方面，富兰克林完善了起电机的制造，虽然很难说有什么革命性的创造，但更加精致有效。用手柄驱動转轮带动玻璃球旋转，摩擦毛皮垫片产生静电，最后导入莱顿瓶中储存。后来富兰克林还发展出所谓的“电池”，和之后的伏打电堆不同，是把许多莱顿瓶并联起来，可以同时储存或释放大量静电。
　　得益于实验条件的提升，能够观察到的电火花现象日益明显，放电的强弱程度也更加明显。在大量观察中，富兰克林总结出，越是尖锐的物体越容易吸引和放电。同时，他也观察到电学仪器打出的电火花与天上的天火（闪电）有许多相似之处。
　　1750年，富兰克林在写给柯林森的信中，提到了用实验检验天火的设想。他设想通过竖立一根30英尺高的金属杆接引闪电到木质房屋内。他本人并没有做这个实验，但信件被柯林森向欧洲科学界公开，引起了很大反响，一个法国人在1752年尝试了这个实验，据说成功了。后来的避雷针也是根据这个设计发展而来的。
　　1752年，富兰克林提出了风筝实验的构想。但他和儿子是否一起亲自做过这项实验，富兰克林从没有明确说过。世人熟知的故事版本出于和他交情不错的普利斯特里转述。
　　电学史上，富兰克林身处过渡时期，从早期以收集定性规律和表演为主，到逐渐定量化、数理化。他提出的电流、正电、负电与电荷守恒的概念都对这一过渡非常关键，可以说是整个现代电学理论体系的起点。在实验方面，他对仪器的改良和对实验的设计都产生了重要的影响，电学实
　　验的重心从追求表演效果，逐
　　渐转向定量分析。
　　（作者系清华大学科技史系助理教授）
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