前文曾经讲过, 1709 年,德国入豪克斯贝制造了一台用抽去空气的玻璃球代替硫磺球的起电机,豪克斯贝在让人搬动气压计时发现气压计发出美丽的紫光,后来在实验中又发现,玻璃球由摩擦带电时,产生了类似气压计中水银与玻璃摩擦所产生磷光的现象,他还发现,即使是在空气中,物体间的摩擦也一样可以发光,但相对于真空中弱得多。后来的人们也没放弃这一现象,继续进行研究.
格雷在做电的传输实验时,证实了豪克斯贝关于电作用能透过玻璃的发现,并观察到一根尖顶铁棒悬在被激发的玻璃管附近时产生的发光放电现象。
1750年,沃森在电学实验中观察到通过一根抽空的近3英尺长的玻璃管的发光放电。玻璃管的两端都由黄铜盖封住,通过盖子插进黄铜棒,铜棒的间距可以调节,而且其中有一根与一台起电机相连。他下结论说:一个导体之所以能累积起电荷,乃是因为有大气的存在。
即大气因为电离而成为导电的物质,并产生放电,不大气越稀薄时,这种放电越剧烈.
后来的科学家延着豪克斯贝、沃森的脚步,进行研究, 如卡文迪许勋爵也观察到真空放电的类似现象。并让一位玻璃工人获得显赫的威名——一位玻璃工人发明了盖斯勒管.
而这并没有结束,沃森的发现最终导致了阴极射线管的发明和X射线的发现。伦琴的X射线、柏克勒尔的放射性和汤姆生发现了电子,这三人的伟大发现,可谓石破天惊,揭开了 20世纪科学技术新纪元的序幕!
居里夫妇也是在种情况开始对镭的研究.而英国卡文迪许实验室的成名几乎大部分与此相关, 汤姆生发现了电子,威尔逊的雾室,卢瑟福,这位苏格兰的农民,这位正在挖土豆的农民在收到剑桥大学发来的通知书后扔掉挖土豆的锄头喊道:“这是我挖的最后一个土豆啦!”可他关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化,并创立了原子物理学.
……
由气压计发光到尖端放电到真空放电再到放射性再到发现电子和原子的结构,科学就是这样一步步走来的! 今天,阴极射线管除了广泛应用于各种科学仪器外,也曾经走入千家万户,这就是上世纪人们最熟悉的电视显像管。
不过,这一切发现都要在几十或一百年之后,为什么十八世纪中期的科学家不能发现X射线和阴极射线?原因很简单:当时不能得到足够的真空度.随着抽取的真空度越来越高,就会有新的发明和发现.我们是不是可以设想,当有一天,科学家能制造出更高的真空,电学是不是还会有更进一步的发现呢?
科学就是这样复杂,科学也是这样简单,几乎可以说,所有的发明和发现都是由最基础的东西组成的,若没有这些基础,科学不会进步,如温度计,如天平,再如抽真空的真空机.......都是如此.
这些最不起眼的东西毫无疑问是科技进步的最重要的基础,我们中国是否有一天能正确对待这一点呢?我们中国人是否有一天能真的深入研究科学呢?
日期:2011-10-10 19:13:29
8 1756年热电
电学在十八世纪中期取得了很多的进展,除了莱顿瓶,感应起电,尖端放电外,人们还发现了热电 .
英国物理学家约翰 坎顿 (1718—72)较早注意到带电序列。他还对当时流行感应起电很感兴趣,大约于 1753 年,坎顿研究了将一个带电体接近由两根亚麻线悬吊着并相互接触的一对软木球时,两球相互排斥而分开,尽管带电体没有与它们相连接;而且,当把带电体撤走后,两球又重新并拢。
在做感应起电实验时,坎顿还观察到当时很多电学家都观察到的一种现象,当将一个带电体靠近一个绝缘的中性导体时,后者能显现两种不同的电荷;最靠近影响电荷的一端是与之相反的电荷,离得最远的一端是相同性质的电荷。当这影响电荷移开后,导体便又成为中性的。
这个发现令人们联想到电荷作用和磁极作用很相似,但是当时的人们还不明白这一被许多人熟知的事实有什么意义。
约翰 卡尔 维尔克 (1732—96)又继续坎顿的研究,他原是德国人,但他一生大部分时间在瑞典度过。在瑞典,他成为瑞典科学院的秘书,也是斯德哥尔摩大学的物理学教授。维尔克在《就职讲演:论相反的电》中确立了一个重要原则:当把两个物体一起摩擦时,总是产生两种电荷,他系统的研究带电序列,并得出自己的结果:当与系列中其下方的一个物体摩擦时,它带正电,而当与其上方的一个物体摩擦时则带负电。维尔克带电序列的排列顺序是:玻璃、羊毛、木材、火漆、金属、硫。
同维尔克一起研究电的有一位叫特奥多尔 埃皮努斯 (1724—1802)的科学家,他是德国柏林科学院的天文学教授,早期研究天文学,也曾试图解决航海定位问题,但没能成功,后来,受到电学的吸引,也看到英国,法国,德国一些人由于电学而声名显赫,于是也开始研究电磁学.
埃皮努斯在德国的一些大学教授物理学,并管理师范学校。他写下了许多电学和天文学的论文,但他最重要的著作是 《电和磁的理论精解》。
维尔克和埃皮努斯对坎顿的另一项电学研究也很感兴趣, 即和磁极作用很相似的电荷作用,并且他们猜测:莱顿瓶能储存电是不是与此相关呢?
于是, 维尔克和埃皮努斯更精确地重复了坎顿的实验,并制造了最早形式的平行板电容器.当时的人们认为:一个完整的莱顿瓶,要使它能够储存电,除了内外衬里,构成莱顿瓶的玻璃也是必不可少的。
但维尔克和埃皮努斯通过对坎顿实验的研究,对此是有怀疑的,他们试着在两块木板上涂上锡,然后把它们隔开几英寸平行悬置。他们将其中一块板绝缘并充电,将另一块接地。当一个实验者同时接触这两者时,感受到了强烈的电击。埃皮努斯由此推论,储存电并不一定要用玻璃,只要是一对用非导体隔开的导体都可以储存电。现代的电容器就是这样制造出来的.
除了发现莱顿瓶的原理外,维尔克和埃皮努斯最重要成就是发现了一种新的产生电的方法。他们发现,硫和树脂在熔化后再放进一个绝缘陶瓷容器中让其凝固时,会强烈地带上负电。
其实习惯用火检验宝石的珠宝商人早就知道,电气石在被置于灼炽的煤上时,先是吸引灰末,而后排斥它们。这种奇特的效应与一个带电体对一个悬置木球的作用相似。这时人们就已猜想它本质上是电的效应。
埃皮努斯与维尔克两人合作又仔细研究了这种效应 , 维尔克于 1756年和1762年发表了他的研究结果。他发现,当加热电气石晶体时,一端带正电,另一端带负电。这样的起电类似于一个磁体两端的相反极性。
瑞典的柏格曼后来也研究了热电现象,表明它与晶体的绝对温度无关,而取决于温度的变化。只要温度保持恒定,则不论在什么温度上,晶体都保持中性。当温度升高时,一端带正电,另一端带负电;当温度下降时则相反。
这一次不再是维尔克和埃皮努斯追踪坎顿的脚步,而是坎顿学习他们两位,结果坎顿也得到了类似的结果,他表明,一块热电晶体上出现的电荷不但相反,而且数量相等。
后来许多科学家也开始研究热电现象,逐渐地又发现了其他一些这样的宝石。
热电又称为温差电, 所谓热电效应,是当受热物体中的电子,因随着温度梯度由高温区往低温区移动时,产生电流或电荷堆积的一种现象。
将两块不同的金属(如铜和铁)靠在一起时,由于两金属中自由电子浓度的不同,使得电子从一金属向另一金属扩散转移,电子转移量与金属所处的温度有关。如果将两块金属处于同一温度,那么电子转移会达到一种平衡,这种平衡使得两金属的接触界面上产生一个电势差,称为接触电势。温度不同,接触电势也不同,根据接触电势的大小,可以测量触点所处的温度,这种装置称为热电偶。
如果将两个类似于热电偶的金属接触面置于不同的温度下,并用导线将它们连接起来形成闭合回路,那么,在导线中将会产生不间断的电流,这就是最简单的温差发电。
这样,人类在发现电与磁转化之前,先发现了电与热的转化,因为电可以产生热量,而热量也可以产生电.
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