《物理的故事——在悖论中前行》
第19节作者:
江湖小片 当时,他的助手正在旁边的桌子上调试起电机,他想可能是青蛙受到了起电机的干扰,可是再次试验时,青蛙毫无反应。此时正是下雨天,他又想到是不是闪电通过空气放电?于是他将青蛙用铜钩挂到花园的铁栅栏上,原以为只有电闪雷鸣时青蛙才会“复活”,可是晴朗的天气也会偶尔如此。他百思不得其解。
时间就这样过去了6年,有天一艘英国轮船从南美洲带回来闻所未闻的电鳗鱼,这种鱼会放电,电到人之后和莱顿瓶效果差不多,后来有人用电鳗鱼成功地给莱顿瓶充了电,所以人们更加相信电鳗鱼是一种动物放电现象。
消息传到了意大利,伽伐尼坐不住了,原来这世上还有一种电叫“动物电”,存储在动物体内,与生死无关。为了验证自己的想法,他用铜和铁钩钩住青蛙,青蛙则动;而换成石头、树脂、玻璃,青蛙都不能动。这个很容易解释:金属具有传到能力,这也就坐实了动物体就是个莱顿瓶,动物电被存储在体内的说法。
毕竟不知动物电是否正确,请看下回分解!
日期:2017-08-13 22:31:34
第十六回:从青蛙腿到持续电流
物理学中,如果一个现象或者事物由定性走向定量时,往往定量的单位就以给出定量规律的人命名,比如力学的单位是牛顿,电荷的单位是库仑。尽管都是命名,我们绝对不会这样说:我用0.5牛顿的力摸了你的脸蛋或者你用50牛顿的力踢了我一脚,但我们时常会这样说:请我一个1.5伏的电池或者说请不要触摸超过36V的电压。
这里的伏全称是伏特(又叫伏打,音译的问题,现在都叫伏特了),为了纪念一位那改变历史进程的物理学家亚历山德罗伏特(Volta,1745—1827)。
亚历山德罗伏特出生于意大利,年少的伏特简直拥有别人无可比拟的经历:出生高贵、长的一表人才、风流倜傥、和蔼可亲,学习上又是个中翘楚。换算成现在的标准即是:一个高富帅的学霸,做完了作业还主动给别人抄。
受家庭地位的照顾,16岁时就开始和当时国际知名的电学家通信。当然打铁还得自身硬,当他迫切告诉一些大师们他的想法是,有一位启蒙思想家是这样告诉他的:多做实验,少提理论。这也印证了那个时代,科学回到以实验为基础的轨道,少了几分古希腊的式的天马行空。 实际上,伏特的发明对人类起了很重要的作用。1775年,伏特发明了“起电盘”:
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起电盘使用手册:
1.先将绝缘板摩擦带上电荷(正电、负点皆可);
2.将导电盘轻轻放入绝缘板上,由于静电感应,导电盘上面是正,下面是负;
3.将导电盘上面接地,导电盘只留下一种电荷;
4.导电盘与绝缘板分开,便得到了带电荷的电容器了。
由于起电盘的发明,伏特名扬四海。苏黎世物理学会选举他为会员。此后,伏特爱上了旅游,从而结交社会名仕,归来后一直担任帕维亚大学教授,此时法国人库仑正在忙于研究电荷引力定律。
1791年生日那天,伏特读到伽伐尼的文章,一开始他也相信伽伐尼的“动物电”的论断, 因为他做了一个简单重复试验:将两枚硬币(铜币和银币)放入舌头上下,觉得有些麻麻涩涩的感觉。但是当硬币是同一种金属时,奇怪的事情发生了,舌头的感觉比非同种金属要小的多。于是他也开始拿青蛙做了实验,仍然得到了同样的结果:当手中金属相同时(比如铜),青蛙腿的肌肉抽搐不明显,如果换成不同的金属(比如铜和铁)青蛙腿抽搐得要厉害很多。如果青蛙体只是一个莱顿瓶(电容)的话,怎么会有如此大的差别呢?
伏特对“动物电”产生了怀疑,为了摒弃青蛙的干扰,他用蘸了盐水的湿布取而代之,也得到了同样的电流,于是他断言:电不是来源于动物体,而是来源于手中的金属;电流的本质是金属接触产生的,和动物没有任何关系。而且他强烈建议用“金属电”这个词语代替“动物电”。那时他还不知道“金属电”到底是怎么来的。
伏特曾写信告诉伽伐尼自己的论断,可是伽伐尼则反驳说伏特扯得有些远,因为伏特无法解释同种金属也会让蛙腿肌肉抽搐这一现象,伏特对此解释为是金属不纯,不过伏特本人也是将信将疑,他又开始坚守人生信条:空谈误国,实干兴邦!
在此后的几年之中,伏特做了无数次试验,得出一组后来称为“伏特序列”的金属表:铝、锌、锡... 铁、铜、银、金......当前面的和后面的金属在一起时,就产生电流;前面与后面金属相隔越远时,电流会更大。于是他灵机一动:如果将这些金属首尾串联,就能使用上持续的电流了,这些东西堆在一起被称为“电堆”,是现在干电池最初的样子。
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金属之间为什么会有持续的电流产生呢?这个问题在当时还没有答案,不过伏特认为:电流如水流,水流总往低处(地势)流,那么电流的流动也是因为某种“势”的存在,故而命名为电势,电势之间的差别称为“电势差”,也就是我们常说的电压。伏特将结论写出论文发表出来,时间是公元1800年,此时法国人拿破仑带着伙计们正横扫整个欧洲。
在那个年代,对于静电学的研究一直被认为是“聋子的耳朵”——没多大用途,因为电流转迅即逝,而磨了又蹭的发电过程又过于麻烦,人类对这种“现割麦子下面条”方式总是感到急不可耐。伏特发明的电堆恰恰改变了这点,所以它能贵为“人类史上最神奇的发明之一”的称号。尽管在1820年前,电堆还真的没有什么实际用途。
伏特把这个神奇的发明命名为“伽伐尼电堆”,再一次深藏功与名。这和他向来的立场相似。虽然横空出世的法国拿破仑把本不是法国的土地纳入帝国的版图中,其中就包括伏特当时的工作单位帕维亚大学,但声望如此之高的伏特没有和拿破仑红脸,而是和政治家们打成一片。等拿破仑政府被推翻,帕维亚又回到意大利人的怀抱时,问及新政权的态度,伏特照样认为“伟大光荣正确”。这种和稀泥的态度可以说是为了明哲保身,也可以解释为伏特无心政治,甚至连点评都不愿意。对于科学,他却又一丝不苟,他的内心或许将科学与政治划得泾渭分明,所以晚年,他宁愿在乡间别墅中隐居而不愿出仕。1827年,伏特在别墅中逝世,享年82岁。
苏子曰:搔首赋归欤,自觉功名懒更疏。
日期:2017-08-14 13:43:16
第十七回:寻找电磁的联系
人类发现并研究磁比研究电要早上一千多年,但是磁却起大早赶晚集,除了指南针等在航海方面的应用,科学上并没有突破性的发展。库仑发现了库仑定律后,人类更加坚信电是电,磁是磁,磁不想成为电,电也懒得成为磁,它们之间没有任何关系。然而库仑的论断只是猜测而已,没有证据就很难让人信服,第一个不服的便是奥斯特。
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