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雷电科学的建立-避雷针的发明

人气:1424发表时间:2018-06-04

1663年,法国盖利克(Otto von Caericke, 1602 一1686)创造出第一台起电机。他利用个直轻十多厘米的可旋转的琉璃球,通过摩擦产生电来做各种研究,并在1672年观察到了电荷的推拒作用。英国格雷(Stephen Gray)在1726年发现物体可区分为两类:导体和非导体。在他的影响下,法国杜菲(Charles Francis de Cisterna Du Fay) 做了类似的实验,大约在1734年确定电荷可分为两种,一种被他称为玻璃型的(今称为正电),另一种技他称为树脂型的(今称为负电),并认为电荷具有同类相斥、异类相吸的性质。后米,德国主教冯卡菜斯特(Ewald Corry van Kleist)和荷兰菜顿城物理学家穆欣布罗克

(Peter Van Musshenbrack)又先后在1745和1746年发明了菜顿瓶.并用它来表演电的实验。随着电学一步一步地发展、有关雷电的神密面纱便逐渐地被掀开了。

  首先是曾任英国伦教皇家学会馆长的豪克斯比Francis Hauksbee).1706年在用玻璃棒摩擦起电,研究它的发光时,发现这种静电放电所产生的闪光与自然界中的闪电极为相似。次年,英国华尔(Willian Wall)在用貌珀摩擦起电,以求得到更多的电时,又观察到放电不仅产生闪光,而且还带有雷鸣似的响声,于是他便把这种“地电”与雷电联系了起米,认为宙电是类似。地电”的放电。1735 -1736年,英国格雷进一步从实验中总结出:“天电与地电的电火花在本质上是相同的。”11年后,莱比锡大学教授温克勒尔(Joham Heinrich Winkler)在论证了用菜顿瓶所产生的火花放电与雷电相似后,发表了长达27页的论文,认为雷电就是一种电荷更多的火花放电。

  实验发展到此还只是一种科学的联想, 还不能说这就是对雷电的科学认识。真正建立在科学实验论证基础上,对雷电进行科学认识的,应属于美国杰出的科学家富兰克林(Benjamin Franklin. 1706-1790)。他早年贫困,但心怀为公众利益面奋斗的伟大抱负,井具有进步的哲学思想。当他在1748年看到从欧洲来的史宾斯(Spence)所表演的电学实验后,产生了兴趣,于是也进行了一系列的电学实验。富兰克林对菜顿瓶作了改进、并把它们中联起来用以获得大量电荷和产生强烈火花放电。研究了电荷分布与带电体形状的关系,认识到了尖端放电并证明异性电荷可以相消,从而指出了正电和负电的概念,以及电荷既不能创造也不能消灭的思想。通过这种人工放电与空中闪电的种种类似性论证,富兰克林以科学的理性思维探索了雷电的本质。虽然同时代还有很多电学研究者,如德国温克勒尔(Winkler)、胡国诺勒特(. A Nollet和英国佛瑞克(John Freke)等也进行了大量类似科学实验工作,但富兰克林的卓越成就和伟大贡献就在于他把云中的风电引到地面上来进行实验验证,他所设计的“岗亭”实验。如图1.2所示,以及著名的风等实验,科学地证明了他自己的理性判断。


  解决了对雷电的科学认识后,1750 年富兰克林在《绅士杂志Cenleman's Magnin))的脚注中就提出了用尖端导体来保护房屋。到1751年,他又在《电的实验与观察》的著作中写道:“关于尖端的功能的知识,可以为人们利用来保护房屋、教堂、船等避免闪电装击。其方法是在这些物体的最高顶上固定支更高的镀 金的磨尖的铁棒,在其下瑞接一导线挂在建筑物外通到地下,对于船则是通到水中。”经过长期观察和实验,1753年富兰克林在(Poor Richard's Almanak》-书中正式宣布了避雷针的发明,并作了详细的描述。


  自富兰克林提出用尖端导体保护房屋后,人们便直觉地感到这种办法会有效果,于是意大利人托尔(G.B.Jorre)从1752年6月起,便率先在佛罗伦萨推广避雷针。德国物理学家赖梅鲁斯(J.Reimarus)第一个给SL Jkobi教堂的尖顶上安装了避雷针。从此开始,在英国及其在美洲的殖民地,在欧洲大陆,特别在法国,安装避雷针蔚然成风。不过,也有在学说上持怀疑态度者,如东印度公司理事会就认为避雷针有产生高电位的危险,因此下令从苏门答腊岛的马拉加要寨上拆去避雷针。结果,1782 年闪电点燃了该要塞存放的400桶炸药,引起了大爆炸。

  此外,也有少数顽固的反对者,如威尼斯的某些神取人员认为,在教堂尖顶上安装铁棒是亵读上帝,同时又有统治者将上百吨的军用炸药存放到这些教堂内以乞求上帝的保佑。就这样1767年闪电袭击了威尼斯-座未装避雷针的教堂拱顶,引起教堂里的炸药爆炸,威尼斯城大半被毁,3000人为此丧生。1856年,Rhodes 岛上的-座教堂也发生类似灾害, 4000人毙命。


  最后,还有极少数出于政治目的或商业利益而低毁避雷针的。伦敦圣保罗大教堂在1769年安装了一根避雷针,由于该针中部有裂纹,教堂好此部分在1772年被雷电损坏,引起英国皇家学会一些人对避雷针的尖头提出异议。到了1776年,富兰克林作为三个主要成员之一,起草了美国“独立宜言”,于是该争议变成了政治问题,英国国王乔治三世趁机下令将白金汉官上的避雷针改为圆头,皇家学会会长普森格(J Pringle)拒绝在学会上予以通过,竞被革职。对此,富兰克林在答友人的信中十分坦然地写道:“国王将尖头避雷针改为圆头避雷针,这对我说倒无关紧要。如果要向我有所想的话,我认为他最好把避雷针宣布无效而整个取消。”


  然而真理终究不以少数人的意志而转移,9次毁于雷击的圣马可钟楼早在1766年就装上了避雷针,并在此之后再也没有受到雷电破坏。有着类似经历的Sienma教堂也在1777年安装上避雷针,避雷针的效用日益得到广泛承认。迄今为止,避雷针经过两百多年,在千千万万蛋建筑物上的防雷实践,证明它的确是一种行之有效,面且经济可靠的避雷装置,并不是个别人声称“一般应当停用”的。