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富兰克林发明避雷针

避雷针,不是什么新鲜玩意儿。今天,几乎每栋大楼都安装有它。其实,很久以前它就进入了人们的生活。

据唐代文献记载,我国在汉朝就出现了避雷针的雏形。只不过它是以另外一种方式为人们所接受:将一片铜制鱼尾瓦置于屋顶以避邪,防天火。其实防天火就是避雷,因为雷击建筑易发生火灾。

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富兰克林的闪电实验

1752年5月,为了证明天空的雷电与摩擦起电产生的电的性质是一样的,富兰克林做了这个著名的风筝试验,从而证实了他的想法是正确的。

再者,可以从我国的某些建筑装饰传统中找到避雷针的影子。如一些古代建筑的屋脊两侧,各探出一个龙头,作吞云吐雾状,蔚为壮观。这一构思仅仅是为了装饰吗?其实吐出的龙舌根部连接一根循墙边直通地下细细的金属丝。这是一个设计巧妙的避雷针。

从我国古代关于避雷针的应用实践不难看出其工作原理并不复杂,但在现代避雷针的发明过程中,却有人付出了相当大的代价。

1752年6月,暴风雨密布的一天,富兰克林带着儿子威廉,手里拿着一个刚刚做成的硕大的风筝,并且风筝上面装有金属线,但系在金属线一端的长绳却是麻绳。富兰克林父子在暴雨狂风中将风筝升到空中,偶尔的过路人对此十分不解,“平时都好好的,怎么一下子疯到这个地步!”富兰克林对此全然不顾,一边拽紧风筝线,一边招呼着不远处的儿子。风太大了,风筝在空中活像个醉汉,飘忽不定。突然一道耀眼的闪电劈开天幕,掠过风筝。同时富兰克林紧拽风筝线的手一阵麻木。他意识到自己被闪电击中了。他又做了几次类似的实验,将闪电引入并贮存在莱顿瓶中带回实验室。

富兰克林称自己收集的闪电为雷电,并用它做了各种常规的电学实验,发现雷电与人工摩擦产生的电毫无二致。不久,他公开宣布天空的雷电和人造电是同一种东西,以无可辩驳的事实揭穿了“雷电是上帝发怒”的谎言。

风筝实验的成功引起了各国科学家的广泛关注。在富兰克林实验的第二年,俄国科学家利赫曼重复了该实验,不幸被雷电击中致死,为电学实验付出了生命的代价。富兰克林闻听此事十分伤感,但一天也没有停止电学实验。几经失败,他制成了第一根现代避雷针。它构造十分简单:一根几米长的金属杆固定在屋顶上,但杆子与屋顶之间用绝缘材料隔开,杆子底端拴一根粗导线直通地下。它的工作原理是,当雷电经过房屋附近时,电流会沿着金属杆通过导线直通大地,从而得以保全房屋。

富兰克林的杰出贡献

富兰克林在电学上有许多重要成就是通过实验取得的,他对当时许多混乱的电学知识(如电的产生、转移、感应、存储、充放电等)作了比较系统的整理。他曾把多个莱顿瓶连接起来,以储存更多电荷。他用实验证明莱顿瓶内外金属箔所带电荷数量相等,电性相反。1747年,他提出了电的单流质理论,并用数学上的正负来表示多余或缺少这种电流质。他还认为摩擦起电只是使电荷转移而不是创生,所生电荷的正负必须严格相等——这个思想后来发展为电学中的基本定律之一——电荷守恒定律。他利用这一理论说明了带介质的电容器原理。

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美国科学家、发明家本杰明·富兰克林

富兰克林是一位勇于实践的科学家,他的许多科学成就是在实验中取得的。

富兰克林的第二项重大贡献是统一了天电和地电,彻底破除了人们对雷电的恐惧。他一方面列举了12条静电火花与雷电火花的相同之处,一方面通过岗亭实验和风筝实验(1752年6月)给予实验证明。后来他的论文集《电学实验与研究》出版,特别是风筝实验的报告轰动了欧洲,使人们看到电学是一门有广大前景的科学,避雷针也成了人类破除迷信、征服自然的一项重要技术成果,推动了电学、电工学的发展。

避雷针发明以后,于第二年(1754年)投入使用,但保守的人认为这不祥,会招致灾难。但事实给这些人上了生动的一课。一场暴风雨过后教堂被击中起火,而与之毗邻的高层建筑却安然无恙。谣言被戳穿,避雷针很快传播到世界各地。

富兰克林对其他科学领域也非常感兴趣。与同时代的绝大部分人不同,富兰克林反对牛顿提出的光“粒子”理论(即认为光线由微粒组成),同时力推罗伯特·胡克等人提出的光的“波”理论。他认为近温暖地面的空气被迅速加热,导致膨胀后螺旋上升,并由此引发了飓风与龙卷风。富兰克林还考察了墨西哥湾流的流动路线,墨西哥湾流为横跨大西洋的暖流,他建议远洋船长们应当随时随地使用温度计定位该暖流,从而利用此暖流航行,或者当行船方向与该暖流流动方向相反时,避开该暖流。

富兰克林不但是一位优秀的科学家,还是一位十分杰出的社会活动家,同时,他还特别重视教育,他兴办图书馆,创立了多个协会来提高各阶层人的文化素质。北美独立战争爆发后,他参加了第二届大陆会议,并参与起草了《独立宣言》。

避雷针本身并不复杂,却具有很强的实用价值。这正是怀念其发明者——富兰克林的重要原因。1790年4月17日夜里11点,富兰克林去世,享年84岁。他生前威名赫赫,死后的墓碑上只刻着这样几个字:“印刷工富兰克林。”

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闪电放电示意图