第二节 捕雷役电的巨人富兰克林

他（富兰克林）从天空抓到雷电，从专制统治者手中夺回权力。——杜尔哥

富兰克林（图2-8）是美国18世纪著名的政治家、科学家和文学家。作为政治家，他为美国独立作出过重大贡献，参加过美国独立宣言的起草工作，草拟过美国宪法，多次出任州长。在18世纪美国政坛上，他是仅次于华盛顿的最著名人物。

图2-8 富兰克林（B．Franklin，1706—1790）

富兰克林出生于美国波士顿。因为家贫，他只受过两年正规教育，全靠勤奋自学成才。

富兰克林从1744年前后开始进行电学实验研究。1747年，他首先发现尖端导体放电现象，并提出了著名的单电流体（electric effluivia）理论，认为电是一种单一的、没有重量的流体。各种物体都含有一定数量的电流体，超过这个固定的量物体就带正电，低于这个固定的量物体就带负电。这里，他首次借用数学上的正、负（“＋”“-”）来表示电荷的性质，这为后人研究电现象带来了方便。同年，他发现莱顿瓶内外壁所带电荷的性质相反而数量相等，提出了电荷守恒原理。在进行莱顿瓶实验的过程中，富兰克林发现莱顿瓶的放电和天空中的雷电有许多相同的地方。1747年，他在给英国人科林生（Collinson）的信中寄出了他研究雷电的论文。在1749年11月7日的笔记中，他记录了两者有12处相同：①发光；②光的颜色；③弯曲方向；④快速运动；⑤被金属传导；⑥发出霹雳声和噪声；⑦在水中和冰中存在；⑧劈裂所通过的物体；⑨杀死动物；⑩熔化金属；⑪使易燃物着火；⑫有硫磺气味。1750年，富兰克林在给英国人科林生的信中提出了进行雷电实验，验证雷、闪电和电气是同一东西的设想，提出了制造避雷针的想法。

1752年5月10日，法国人达里巴德（T．F．Dalibard，1703—1779）根据富兰克林的建议进行了“空中电气”实验，实验装置如图2-9所示。他将一支长40ft的铁杆从屋内通过天窗伸向空中，铁杆另一端用绝缘垫隔开放在屋内桌子上；另备一根铜丝插入玻璃瓶中。雷雨时，将铜丝靠近铁杆，看到有火花，并听到噼啪的响声。他认为这个实验证明了富兰克林的想法，即证明雷电和摩擦电产生的电现象是一样的。

图2-9 达里巴德的“空中电气”实验装置

但是，富兰克林认为这个实验还不足以证明放电是由雷电造成，因为铁杆只有40ft，没有伸入雷雨云中。他想到为什么不用风筝深入到云层中去呢？为此，1752年7月4日，他进行了著名的风筝实验。那是一个电闪雷鸣、雷雨交加的日子，富兰克林和他的小儿子威廉冒着生命危险，放飞了一只顶端捆有一根铁丝的丝绸风筝。风筝用大麻线作为放线，线的下部用绸条包扎绝缘，下端接有一只铜钥匙。雷雨到来时，风筝和放线全都被打湿导电，他发现放线的纤维一根根竖直，彼此散开。用手接触钥匙，立刻感到电震，他高兴地叫起来“哈哈，我与天电握手了！”将钥匙与莱顿瓶相碰即可给莱顿瓶充电。富兰克林这一实验完全证明了雷电就是一种放电现象，这种电与摩擦电没有区别。继富兰克林之后，许多科学家重复进行了风筝实验，有的还献出了宝贵的生命。风筝实验的成功，使人们得以摆脱有关雷电神话和迷信的欺人之谈，对人类认识雷电具有革命性的贡献。

富兰克林的风筝实验对近代电学产生了深远的影响，它不仅拓宽了人们对静电的认识领域，而且还使人们认识到开发和利用电的广阔前景。风筝实验告诉人们，既然摩擦电和雷电是同一种东西，雷电又有如此巨大的威力，加之当时已能用起电机产生电，因此，一旦能找到更有效的生产电的途径，也就能获得像雷电那样威力无比的能量。从这个意义上讲，风筝实验是近代电学史上一场思想上和观念上的革命。如果在富兰克林之前人们多少还把电学实验作为一种魔术、游乐活动的话，那么在富兰克林之后人们已把电学真正当作一门科学，并由此开始探索产生电的新方法。

在进行雷电实验、研究的过程中，富兰克林设想可以在屋顶上装设带尖端的铁杆，把雷电引入大地，从而保护建筑物免遭雷击。1753年，富兰克林在自己家中安装了一个尖端避雷装置，进行观察实验，实验证明它确实可以把雷电引入大地。不久，这种避雷装置就在欧洲推广开来。

1748年，富兰克林还发明了一种叫电轮（electric wheel）的静电电动机（图2-10），它是一种用莱顿瓶供电，靠同性电荷相斥、异性电荷相吸而转动的电动机器。

图2-10 富兰克林静电电动机（1748年）

此外，富兰克林还对许多电现象（如静电感应、电荷转移、电荷产生等）进行了较系统的阐述，并创造使用了一些电学新名词，如正电、负电、充电、放电等。

1790年，84岁的富兰克林在费城病逝，美国人民为他举行了隆重的国葬。对他的一生，法国经济学家杜尔哥（A．R．J．Turgot，1721—1781）作了精辟的评价：“他从天空抓到雷电，从专制统治者手中夺回权力。”