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富蘭克林發明避雷針

避雷針,不是什么新鮮玩意兒。今天,幾乎每棟大樓都安裝有它。其實,很久以前它就進入了人們的生活。

據唐代文獻記載,我國在漢朝就出現了避雷針的雛形。只不過它是以另外一種方式為人們所接受:將一片銅制魚尾瓦置于屋頂以避邪,防天火。其實防天火就是避雷,因為雷擊建筑易發生火災。

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富蘭克林的閃電實驗

1752年5月,為了證明天空的雷電與摩擦起電產生的電的性質是一樣的,富蘭克林做了這個著名的風箏試驗,從而證實了他的想法是正確的。

再者,可以從我國的某些建筑裝飾傳統中找到避雷針的影子。如一些古代建筑的屋脊兩側,各探出一個龍頭,作吞云吐霧狀,蔚為壯觀。這一構思僅僅是為了裝飾嗎?其實吐出的龍舌根部連接一根循墻邊直通地下細細的金屬絲。這是一個設計巧妙的避雷針。

從我國古代關于避雷針的應用實踐不難看出其工作原理并不復雜,但在現代避雷針的發明過程中,卻有人付出了相當大的代價。

1752年6月,暴風雨密布的一天,富蘭克林帶著兒子威廉,手里拿著一個剛剛做成的碩大的風箏,并且風箏上面裝有金屬線,但系在金屬線一端的長繩卻是麻繩。富蘭克林父子在暴雨狂風中將風箏升到空中,偶爾的過路人對此十分不解,“平時都好好的,怎么一下子瘋到這個地步!”富蘭克林對此全然不顧,一邊拽緊風箏線,一邊招呼著不遠處的兒子。風太大了,風箏在空中活像個醉漢,飄忽不定。突然一道耀眼的閃電劈開天幕,掠過風箏。同時富蘭克林緊拽風箏線的手一陣麻木。他意識到自己被閃電擊中了。他又做了幾次類似的實驗,將閃電引入并貯存在萊頓瓶中帶回實驗室。

富蘭克林稱自己收集的閃電為雷電,并用它做了各種常規的電學實驗,發現雷電與人工摩擦產生的電毫無二致。不久,他公開宣布天空的雷電和人造電是同一種東西,以無可辯駁的事實揭穿了“雷電是上帝發怒”的謊言。

風箏實驗的成功引起了各國科學家的廣泛關注。在富蘭克林實驗的第二年,俄國科學家利赫曼重復了該實驗,不幸被雷電擊中致死,為電學實驗付出了生命的代價。富蘭克林聞聽此事十分傷感,但一天也沒有停止電學實驗。幾經失敗,他制成了第一根現代避雷針。它構造十分簡單:一根幾米長的金屬桿固定在屋頂上,但桿子與屋頂之間用絕緣材料隔開,桿子底端拴一根粗導線直通地下。它的工作原理是,當雷電經過房屋附近時,電流會沿著金屬桿通過導線直通大地,從而得以保全房屋。

富蘭克林的杰出貢獻

富蘭克林在電學上有許多重要成就是通過實驗取得的,他對當時許多混亂的電學知識(如電的產生、轉移、感應、存儲、充放電等)作了比較系統的整理。他曾把多個萊頓瓶連接起來,以儲存更多電荷。他用實驗證明萊頓瓶內外金屬箔所帶電荷數量相等,電性相反。1747年,他提出了電的單流質理論,并用數學上的正負來表示多余或缺少這種電流質。他還認為摩擦起電只是使電荷轉移而不是創生,所生電荷的正負必須嚴格相等——這個思想后來發展為電學中的基本定律之一——電荷守恒定律。他利用這一理論說明了帶介質的電容器原理。

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美國科學家、發明家本杰明·富蘭克林

富蘭克林是一位勇于實踐的科學家,他的許多科學成就是在實驗中取得的。

富蘭克林的第二項重大貢獻是統一了天電和地電,徹底破除了人們對雷電的恐懼。他一方面列舉了12條靜電火花與雷電火花的相同之處,一方面通過崗亭實驗和風箏實驗(1752年6月)給予實驗證明。后來他的論文集《電學實驗與研究》出版,特別是風箏實驗的報告轟動了歐洲,使人們看到電學是一門有廣大前景的科學,避雷針也成了人類破除迷信、征服自然的一項重要技術成果,推動了電學、電工學的發展。

避雷針發明以后,于第二年(1754年)投入使用,但保守的人認為這不祥,會招致災難。但事實給這些人上了生動的一課。一場暴風雨過后教堂被擊中起火,而與之毗鄰的高層建筑卻安然無恙。謠言被戳穿,避雷針很快傳播到世界各地。

富蘭克林對其他科學領域也非常感興趣。與同時代的絕大部分人不同,富蘭克林反對牛頓提出的光“粒子”理論(即認為光線由微粒組成),同時力推羅伯特·胡克等人提出的光的“波”理論。他認為近溫暖地面的空氣被迅速加熱,導致膨脹后螺旋上升,并由此引發了颶風與龍卷風。富蘭克林還考察了墨西哥灣流的流動路線,墨西哥灣流為橫跨大西洋的暖流,他建議遠洋船長們應當隨時隨地使用溫度計定位該暖流,從而利用此暖流航行,或者當行船方向與該暖流流動方向相反時,避開該暖流。

富蘭克林不但是一位優秀的科學家,還是一位十分杰出的社會活動家,同時,他還特別重視教育,他興辦圖書館,創立了多個協會來提高各階層人的文化素質。北美獨立戰爭爆發后,他參加了第二屆大陸會議,并參與起草了《獨立宣言》。

避雷針本身并不復雜,卻具有很強的實用價值。這正是懷念其發明者——富蘭克林的重要原因。1790年4月17日夜里11點,富蘭克林去世,享年84歲。他生前威名赫赫,死后的墓碑上只刻著這樣幾個字:“印刷工富蘭克林。”

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閃電放電示意圖
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