科学万花筒
电的秘密
夏国祥/编著
人民邮电出版社
北京
图书在版编目(CIP)数据
电的秘密/夏国祥编著.--北京:人民邮电出版社,2016.8
(科学万花筒)
ISBN 978-7-115-42911-7
Ⅰ.①电… Ⅱ.①夏… Ⅲ.①电学一普及读物 Ⅳ.①0441.1-49
中国版本图书馆CIP数据核字(2016)第171368号
◆编著 夏国祥
责任编辑 韦毅
责任印制 杨林杰
◆人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
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电可能是今天人类最依赖的东西了。
电驱除了长夜的黑暗,让我们可以在宽敞明亮的房间里工作、学习、生活。
电让我们可以通过电话、互联网,跟处在世界不同角落的人们声息相通、形影相随,好像面对面地坐着聊天一样。
电让各种车辆跑得飞快,将人们喜欢的东西运往世界各地。
电让计算机好像人一样有了智慧,帮我们做工作,陪我们玩游戏。
电能熔化坚硬的金属,也能将水冻成冰。
电能帮人们恢复健康,但又被称作“电老虎”,使用不当就会伤人。
自从有了电,人类在20世纪这一个世纪所取得的成就超过了以往所有世纪成就的总和。电本身是神奇的,而电走进人类生活的故事也极其瑰丽有趣。
很早以前,人类就注意到了电这种物理现象。除了天空的雷电,早在公元前2750年,古埃及人就注意到尼罗河里能发电的鱼类,并称它们是“尼罗河里的闪电”,认为这类鱼可能是其他鱼类的保护者。
那之后大约1000年,发电鱼所具有的发电现象再次被一些希腊人、罗马人和阿拉伯人所提及。历史学家老普林尼等一些罗马人认为,被电鲶或者电鳐电击后感到麻木,对身体不会造成伤害,而且他们还注意到电可以穿过导体。后来还有医生开出药方,让痛风或者头疼的病人用摸发电鱼的方法治疗他们的疾病。
在中国,晋朝人张华曾注意到用梳子梳头发时以及脱丝绸或毛制衣服时的摩擦生电现象。
不过,人类最早开始深入思考电这种物理现象,是从古希腊哲学家泰勒斯开始的。
泰勒斯于公元前624年出生于希腊的殖民地米利都(位于今天的土耳其海岸线上)。他最广为人知的故事是根据气候的变化投资橄榄油行业赚了大钱,可见搞学问的人也可以凭学识过上好日子。
有一年冬天的一天,泰勒斯工作时,看到工具桌上有一块黄色的琥珀落上了尘土。他就拿起琥珀,用自己的外套把琥珀擦干净,重新放回桌子上。
然而,就在一瞬间,一件神奇的事情发生了。泰勒斯注意到:乱糟糟的工具桌上有一些残留的木屑,忽然像长了脚一样动了起来,被某种神秘的力量所吸引,粘在了琥珀上面。
为了确认自己不是产生了幻觉,他再次用外套擦了擦琥珀,然后用琥珀靠近碎木屑,这一回可能是因为泰勒斯擦得比较用力,一些木屑被更迅速地吸到了琥珀上面。
泰勒斯摆弄着粘有木屑的琥珀,陷入了沉思。他很想知道琥珀是不是也能吸引其他的东西。通过实验,泰勒斯发现琥珀确实能做到这一点,但必须在摩擦过以后。
这个发现让泰勒斯兴奋不已。他想起了克里特岛牧羊人马格努斯的传奇经历。有一次马格努斯在伊得山上放羊,忽然发现自己无法移动脚步了。到底是怎么一回事儿?仔细研究了一番,他发现原因出在他的长筒靴上。他的长筒靴上布满了铁钉,被山上的岩石吸住了。当然我们现在都知道,这种岩石其实是天然的磁铁矿。
磁铁矿有种很奇特的特性,就是能吸引铁。相信大家都玩过磁铁,磁铁可以吸引任何铁做的东西。磁铁矿就是天然的磁铁,在世界上的很多地方都有分布,它跟人造的磁铁一样能吸引铁。
泰勒斯对牧羊人马格努斯的故事十分清楚,他知道磁铁矿是天然地就能吸引铁,但为什么琥珀在被摩擦后而且只能在被摩擦后才能吸引东西呢?磁铁矿吸铁和琥珀摩擦后吸引物体,这两种现象之间究竟有什么关系呢?泰勒斯百思不得其解。
泰勒斯后来提出了一个假说:琥珀摩擦后吸引物体的力和磁铁矿吸引铁的力是相同的,并将它们都称为“磁力”。
许多个世纪过去了,这期间很多科学家想解开泰勒斯提出的磁力之谜,但都没成功。16世纪时,这个谜才最终被威廉·吉尔伯特爵士解开。
吉尔伯特是英国女王伊丽莎白一世的御医,业余时间喜欢研究科学。
吉尔伯特发现,不仅琥珀,其他很多东西,像硫黄、玻璃、石蜡在摩擦后,都能吸引别的东西。可有很多东西,不管怎么摩擦也不会产生吸引现象。
他还极其敏锐地第一个指出磁铁矿的吸引力和受到摩擦的琥珀的吸引力并不一样。吉尔伯特把琥珀这种能吸引物体的能力叫作“电力”,这是因为在古希腊语中,琥珀被称为“Elektron”。电的本意竟然是“琥珀力”!
为了研究电,吉尔伯特设计了一个叫作“验电器”的仪器。这个东西很简单,主要的检测部分是一根干稻草。使用验电器时,用皮毛或者亚麻布摩擦不同的物体,然后将物体挨个放在稻草前面,根据稻草被吸引的摆动程度,来确定物体摩擦生电的能力。