物理学史之电磁学篇.pdf

问苍天巧借雷电，向暴君争取民权 ——富兰克林及其电荷守恒定律和电的本质的发现 从远古开始，无论是中国还是西方都有对电、磁现象观察的记载。 16 世纪 后半叶以后， 实验风气逐渐兴起， 人们发明了产生电荷和储存电荷的起电机、 莱 顿瓶，发现了电流， 制成了最早的电源——电堆。 这不仅加深了人们对电现象和 磁现象的认识， 并且为进一步探索电磁现象的规律作好了物质准备。 在静电学发 展过程中不得不提到一位美国物理学家的重要贡献， 那就是本节的主人公——富 兰克林。 本杰明 . 富兰克林 （Benjamin Franklin, 1706-1790) 出生于美国马萨诸塞州波士顿一个贫穷的制烛工人家 庭，在家里十七个孩子中排行十五， 是美国政治家、 物 理学家，同时也是出版商、印刷商、记者、作家、慈善 家；更是杰出的外交家及发明家。 他是美国独立战争时 重要的领导人之一， 参与了多项重要文件的草拟， 并曾 出任美国驻法国大使，成功取得法国支持美国独立。 富兰克林 富兰克林的初期创造才能表现在许多发明上， 尤其著名的是改进火炉和双焦 眼镜。但他的最大成就是在电学方面， 其中他对静电学的最重要贡献是发现了电 荷守恒定律。 1746 年，居于美国费城的富兰克林收到了英国皇家学会朋友赠送 的一只莱顿瓶及使用方法， 这样莱顿瓶带来的电学知识很快就传播到了北美。 富 兰克林利用莱顿瓶做了大量的静电方面的实验， 他发现，两个带有不同性质电荷 的带电体相互接触后可以呈现中性。 根裾这种相消性和数学上的正、 负数的概念， 他把“阳电”称为正电，把“阴电”称为负电，并进一步从电荷的相消性，推出 如下结论 : ①正电和负电，在本质上不应有什么差别；②摩擦起电过程中，总是 形成等量的异种电荷； ③摩擦起电过程中， 一方失去的电荷与另一方得到的电荷 在数量上相等。于是，在上述推论的基础上，他总结出一个普遍的原理：电荷既 不能创生也不能消灭， 只不过是从某一个带电体转移到另外一个带电体； 在电荷 转移过程中，电荷的总量是不变的。这就是电荷守恒定律的最原始的表述方式。 电荷守恒定律是物理学中一条比较普遍的守恒定律， 富兰克林为电磁学大厦建立 1 了第一块颇为重要的奠基石。富兰克林的科学成就使得他于 1756 年当选为英国 皇家学会的会员。 富兰克林在公众中的名声除发现电荷守恒定律外还有他的大气电实验， 并以 发现避雷针而达到了顶峰。当时人们关于火、燃 烧、闪电、火花和放电等现象 的认识还很不清楚。 特别对雷电的危害性之大有一种惧怕的心理， 大多数人认为 雷电是 “上帝之火”, 是天神发怒的结果。 富兰克林为破除这股迷信 , 一直思考着 雷电的电与摩擦电本质上是否一样， 区别在什么地方， 从而导致了他所做的著名 的天电实验。 1752 年 7 月的一天，天气闷热，乌云密布，电闪雷鸣，就在这大雷雨就要 来临的时候， 美国费城郊区上空升起了一只神