第2章　為“電”命名

為“電”命名的人

盡管人類對(duì)電和磁的認(rèn)識(shí)已有上千年歷史，但真正從科學(xué)角度鉆研電學(xué)，為“電”命名，并由此拉開電磁學(xué)研究序幕的，卻是一位喜歡科學(xué)的醫(yī)生——威廉·吉爾伯特。

起初吉爾伯特感興趣的是化學(xué)，但很快他的注意力就轉(zhuǎn)移到了煉金術(shù)所帶來(lái)的大量神秘現(xiàn)象上（比如金屬的熔化變形）。在研究了古代理論后，他逐漸對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生了興趣，特別是古希臘人關(guān)于天然磁石的記錄，這種奇特的礦物擁有吸附鐵器的力量。英國(guó)在1588年打敗了西班牙無(wú)敵艦隊(duì)，從而成為一個(gè)當(dāng)時(shí)主要的航海國(guó)家，為英國(guó)在美洲建立殖民地開辟了道路。此時(shí)英國(guó)艦船依靠羅盤在大海中航行，然而并沒(méi)有人了解它的工作原理。究竟是像哥倫布曾經(jīng)猜測(cè)的那樣，北極星吸引了羅盤指針，還是像《奧德賽》中描述的那樣，在極地有座磁山，船只不得接近，因?yàn)樗謧兿嘈?，巨大的磁力?huì)把船上的鐵釘、鐵制配件拔出？吉爾伯特進(jìn)行了大量創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)來(lái)理解磁學(xué)。他的著作包括《論磁》《地磁學(xué)》等。

1600年出版的《論磁》是物理學(xué)史上第一部系統(tǒng)闡述磁學(xué)的科學(xué)專著?！墩摯拧饭灿辛恚瑫械乃薪Y(jié)論都是建立在觀察與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。著作中記錄了磁石的吸引與排斥；磁針指向南北；燒熱的磁鐵磁性消失；用鐵片遮住磁石，它的磁性將減弱等性質(zhì)。他研究了磁針與球形磁體間的相互作用，發(fā)現(xiàn)磁針在球形磁體上的指向和磁針在地面上不同位置的指向相仿，還發(fā)現(xiàn)了球形磁體的極，并斷定地球本身是一個(gè)大磁體，提出了“磁軸”“磁子午線”等概念。總之，在磁現(xiàn)象的研究方面，吉爾伯特的成就是光輝的，貢獻(xiàn)是巨大的。

巧命“電”之名

在吉爾伯特之前，科學(xué)家們一直認(rèn)為電學(xué)和磁學(xué)是不相關(guān)聯(lián)的兩門學(xué)科，很少有人把兩者聯(lián)系到一起。

相對(duì)磁而言，人們對(duì)電的認(rèn)識(shí)更早。閃電是人類最早看到的電。不過(guò)閃電究竟是什么，古人并不清楚。西方人認(rèn)為它是“上帝之火”，中國(guó)人信奉“雷公電母”。人類最早獲得的電是摩擦產(chǎn)生的靜電。公元前6世紀(jì)，古希臘人在佩戴首飾時(shí)就發(fā)現(xiàn)，用毛皮摩擦過(guò)的琥珀能吸附線頭等輕小物體。

年輕的吉爾伯特是個(gè)酷愛(ài)讀書的人。他從東方傳來(lái)的書籍中了解到“頓牟掇芥”“解結(jié)有光”兩種現(xiàn)象時(shí)，感到非常興奮。

既然琥珀經(jīng)摩擦后可以吸引輕微物質(zhì)，那么，其他寶石經(jīng)過(guò)摩擦是否也能顯示出這樣的特性呢？吉爾伯特用別的寶石做實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)，其他寶石經(jīng)摩擦后也能吸引輕微物體，例如，鉆石、藍(lán)寶石等都具有琥珀的這種特性。一些很普通的水晶也具有這樣的特性。

“看來(lái)這種吸引力并非琥珀獨(dú)有，而是普遍存在于物質(zhì)內(nèi)部的東西。這到底是什么東西呢？”吉爾伯特陷入冥思苦想中，吃飯?jiān)谙耄稍诖采显谙耄B走路也在想。他來(lái)到河邊，看到滔滔流走的河水時(shí)，突然有了思路：“水無(wú)形狀，但無(wú)孔不入；琥珀等物體吸引輕微物體的力，不就像水一樣嗎？”

吉爾伯特認(rèn)為：產(chǎn)生類似琥珀之力的東西，可能就是物體內(nèi)部的“隱形水”；受到摩擦后，“隱形水”被擠了出來(lái)，表現(xiàn)為與輕微物質(zhì)融合在一起。

吉爾伯特還決定給這種東西取個(gè)簡(jiǎn)單明了的名字。“應(yīng)該取個(gè)什么名字呢，總不能叫‘琥珀之力’吧？”這名字太啰唆，又有以偏概全之嫌。于是，吉爾伯特根據(jù)希臘文字Elektra（漢語(yǔ)即“琥珀”）的字根，引入了一個(gè)簡(jiǎn)練的英文名詞：electric。這個(gè)單詞，就是沿用至今的科學(xué)概念—“電”。

經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，吉爾伯特明晰了電和磁的區(qū)別：磁主要是吸引和排斥，而電只有吸引；電的吸引比磁更普遍，不少物體經(jīng)摩擦都可以帶電，而磁只能吸引如鐵一樣的特殊物質(zhì)。

對(duì)電子的本質(zhì)，吉爾伯特也試圖加以解釋。他認(rèn)為存在一種“電液體”，帶電體吸引其他物體時(shí)，“電液”就從帶電體流向被吸引的物體；他還認(rèn)為，帶電體在被加熱時(shí)電性消失的原因是“電液”蒸發(fā)了……在吉爾伯特時(shí)代，他提出的概念，說(shuō)明電是地地道道的物質(zhì)，這有特殊的意義。吉爾伯特的名字總是被擺在靜電學(xué)研究之首。

第一臺(tái)驗(yàn)電器

吉爾伯特曾依照羅盤造出了世界上第一臺(tái)靜電驗(yàn)電器。他的驗(yàn)電器與后來(lái)的不同。我們所見(jiàn)到的驗(yàn)電器是根據(jù)電排斥原理制造的，而吉爾伯特的驗(yàn)電器是在電吸引的實(shí)驗(yàn)中制造出來(lái)的。吉爾伯特的驗(yàn)電器是指針式，它是一根放在木制托架上的細(xì)長(zhǎng)的金屬針，中心由一個(gè)尖頂?shù)闹兄С?，能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

在實(shí)驗(yàn)時(shí)，取過(guò)待研究的物質(zhì)，經(jīng)摩擦以后放在指針旁，觀看指針是否被吸引向摩擦后的物體，讓針可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)經(jīng)過(guò)摩擦的物體向針靠近時(shí)，如果物體帶電，金屬針就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，如果金屬針不動(dòng)，物體就不帶電。這個(gè)驗(yàn)電器雖然很簡(jiǎn)單，但是用來(lái)檢驗(yàn)物體是否帶電，還是很準(zhǔn)確的。電學(xué)由此就起步了。

趣聞?shì)W事

你知道嗎？

靜電

靜電是一種自然物理現(xiàn)象。靜電是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷。在日常生活中，人們常常會(huì)碰到這種現(xiàn)象：晚上脫衣服睡覺(jué)時(shí)，黑暗中常聽(tīng)到噼啪的聲響，而且伴有藍(lán)光；見(jiàn)面握手時(shí)，手指剛一接觸到對(duì)方，會(huì)突然感到指尖刺痛；早上起來(lái)梳頭時(shí)，頭發(fā)經(jīng)常會(huì)“飄”起來(lái)，越理越亂；拉門把手、開水龍頭時(shí)都會(huì)“觸電”，時(shí)常發(fā)出“啪、啪、啪”的聲響。這都是由靜電引起的。

驗(yàn)電器的原理

驗(yàn)電器的原理是，金屬球和金屬桿相連接，金屬桿穿過(guò)絕緣體橡皮塞，其下端掛兩片極薄的金箔，封裝在玻璃瓶?jī)?nèi)。檢驗(yàn)時(shí)，把物體與金屬球接觸，如果物體帶電，就有一部分電荷傳到兩片金箔上，金箔由于帶了同種電荷，彼此排斥而張開，所帶的電荷越多，張開的角度越大。如果物體不帶電，則金箔不動(dòng)。當(dāng)已知物體帶電時(shí)，若要識(shí)別它所帶電荷的種類，只要先把這帶電體與金屬球接觸一下，使金箔張開。然后，再用已知的帶足夠多正電的物體接觸驗(yàn)電器的金屬球，如果金箔張開的角度更大，則表示該帶電體的電荷為正的；反之，如果金箔張開的角度減小，或先閉合而后張開，則表示帶電體的電荷是負(fù)的。驗(yàn)電器的主要用途是檢驗(yàn)物體是否帶電，比較帶電的種類以及所帶電荷量的多少等。