雷電與避雷針

在18世紀(jì)以前，人類(lèi)對(duì)于雷電的性質(zhì)還不了解，那些信奉上帝的人，把雷電引起的火災(zāi)看作是上帝的懲罰。但一些富有科學(xué)精神的人，則已在探索雷電的秘密了。

1749年，波爾多科學(xué)院懸賞征求這樣一個(gè)問(wèn)題的答案：“在電和雷之間有什么類(lèi)似之處？”一個(gè)叫巴巴雷特的醫(yī)生在論文中宣稱(chēng)：電跟雷是一回事。他的論文因此而中獎(jiǎng)。

然而，真正以科學(xué)實(shí)驗(yàn)尋求答案的，卻是美國(guó)的富蘭克林。富蘭克林出生于北美東海岸的海港市波士頓。在他出生時(shí)，他的父親已經(jīng)51歲了。在他前面已有了11個(gè)哥哥和姐姐。富蘭克林的父親原是英國(guó)的一個(gè)染匠，為逃避斯圖亞特王朝復(fù)辟時(shí)期的宗教迫害而遠(yuǎn)涉重洋，來(lái)到北美，在波士頓開(kāi)了一家小作坊，以制蠟燭和肥皂為業(yè)。

富蘭克林自幼勤奮好學(xué)，他的父親曾極想讓他上大學(xué)，以便成為一個(gè)新教神學(xué)家。無(wú)奈家境太苦，所以富蘭克林只上了兩年公立小學(xué)和一年私立小學(xué)之后便停學(xué)了。停學(xué)后，富蘭克林曾先后在自家和他家的作坊學(xué)徒。后來(lái)又進(jìn)了他大哥開(kāi)的印刷所，一邊做工，一邊自學(xué)。

富蘭克林17歲時(shí)離開(kāi)波士頓，先后在紐約、費(fèi)城等地流浪，后來(lái)又到了英國(guó)，不久又返回北美。在社會(huì)這所大學(xué)中，他把自己培養(yǎng)成了一名出色的社會(huì)活動(dòng)家。

1746年，40歲的富蘭克林開(kāi)始全力投入電學(xué)研究。1749年，他進(jìn)行了一些新的電學(xué)實(shí)驗(yàn)。在一次實(shí)驗(yàn)中，為了增大電容量，他把幾個(gè)萊頓瓶連接在一起。當(dāng)時(shí)，他的妻子麗達(dá)正在一旁觀看他的實(shí)驗(yàn)。她無(wú)意中碰到了萊頓瓶上的金屬桿，只見(jiàn)一團(tuán)電火花一冒，并隨之傳出一聲怪響，麗達(dá)已應(yīng)聲倒地。原來(lái)麗達(dá)受到了電擊。幸好當(dāng)時(shí)的電容量不大，麗達(dá)躺了一個(gè)星期才慢慢好轉(zhuǎn)。

這次使麗達(dá)差點(diǎn)送命的電擊實(shí)驗(yàn)給富蘭克林很大啟示。他聯(lián)想到人們對(duì)雷電的兩種不同的觀念，決定從理論上探討雷電的實(shí)質(zhì)。富蘭克林通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明正負(fù)電荷在短路時(shí)發(fā)生的火花、響聲和雷電非常相似，他確信：雷電就是自然界的電。富蘭克林弄清了雷電的性質(zhì)之后，就開(kāi)始研究控制雷電、避免雷擊的辦法。當(dāng)時(shí)，荷蘭萊頓大學(xué)一位叫馬森布洛克的教授做過(guò)一個(gè)試驗(yàn)：在一個(gè)玻璃瓶里裝上水，用來(lái)儲(chǔ)存磨擦起電產(chǎn)生的電荷。試驗(yàn)成功后，經(jīng)過(guò)改進(jìn)，在瓶的內(nèi)外貼上金屬箔，正式叫做萊頓瓶。富蘭克林認(rèn)為，既然萊頓瓶里的電可以引進(jìn)引出，自然界的電也應(yīng)該能通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)從天上引下來(lái)。

那么，怎樣才能把雷電從天上引下來(lái)呢？細(xì)心的富蘭克林觀察到，閃電和電火花都是瞬時(shí)發(fā)生的，而且光和聲都集中在物體的尖端。他由此想到，如果將帶尖的金屬桿裝在屋頂上，再用電線(xiàn)把金屬桿和地面相連，不就可以把空中的電引到地下來(lái)嗎？這樣就能避免高大建筑遭受雷擊。

1752年6月，富蘭克林冒著生命危險(xiǎn)，進(jìn)行了著名的費(fèi)城風(fēng)箏試驗(yàn)。這一天，狂風(fēng)漫卷，陰云密布，一場(chǎng)暴風(fēng)雨就要來(lái)臨了。富蘭克林和他的兒子威廉一道，帶著上面裝有一個(gè)金屬桿的風(fēng)箏來(lái)到一個(gè)空曠地帶。富蘭克林高舉起風(fēng)箏，他的兒子則拉著風(fēng)箏線(xiàn)飛跑。由于風(fēng)大，風(fēng)箏很快就被放入高空。剎那，雷電交加，大雨傾盆。富蘭克林和他的兒子一道拉著風(fēng)箏線(xiàn)躲進(jìn)一個(gè)建筑物內(nèi)。此時(shí)，剛好一道閃電從風(fēng)箏上空掠過(guò)，富蘭克林的手上立即掠過(guò)一種恐怖的麻木感。他抑制不住內(nèi)心的激動(dòng)，大聲呼喊：“我被電擊了！我被電擊了！”隨即他用一串銅鑰匙與風(fēng)箏線(xiàn)接觸，鑰匙上立即放射出一串電火花。隨后，他又將風(fēng)箏線(xiàn)上的電引入萊頓瓶中。

在進(jìn)行風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)之后的當(dāng)年，富蘭克林就發(fā)明了避雷針。其辦法是：在建筑物的最高處立上一根2米至3米高的金屬桿，用金屬線(xiàn)使它和地面相連接，等到雷雨天氣，雷電馴服地沿著金屬線(xiàn)流向地下，建筑物就不會(huì)遭雷電了。

富蘭克林為了推廣避雷針的使用，專(zhuān)門(mén)寫(xiě)了《怎樣使房屋等免遭雷電的襲擊》的文章。文章發(fā)表后，美國(guó)的各個(gè)城市馬上就開(kāi)始安裝避雷針。但這卻遭到教士們的反對(duì)，他們說(shuō)雷電是上帝的震怒。也有人因缺乏電的知識(shí)對(duì)避雷針的使用持懷疑態(tài)度。有個(gè)叫普林斯的醫(yī)生發(fā)表看法說(shuō)：“如果把雷電導(dǎo)入地里，那兒帶的電就會(huì)增加，就很可能發(fā)生地震?！薄鞍?！”他叫道：“我們無(wú)法逃脫上帝的懲罰！如果我們逃脫了來(lái)自空中的懲罰，卻不能逃脫來(lái)自地上的懲罰……”避雷針在法國(guó)也受到了強(qiáng)烈反對(duì)。圣奧梅爾的居民對(duì)當(dāng)?shù)匕惭b了避雷裝置的人提出控告，他們害怕懲罰這種褻瀆行為。

盡管有人反對(duì)，但避雷針還是普及開(kāi)來(lái)了，因?yàn)槭聦?shí)證明，拒絕安裝避雷針的一些高大教堂在大雷雨中相繼遭受雷擊，而比教堂更高的建筑物由于裝上了避雷針而安然無(wú)恙。

避雷針傳入英國(guó)后，英國(guó)人開(kāi)始時(shí)廣泛采用了富蘭克林的尖頭避雷針。但美國(guó)的獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，富蘭克林的尖頭避雷針在英國(guó)人眼中似乎成了將要誕生的美國(guó)的象征。據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)英國(guó)的國(guó)王喬治三世出于反對(duì)美國(guó)革命的盛怒，曾下令把英國(guó)全部皇家建筑物上的避雷針的尖頭上統(tǒng)統(tǒng)裝上圓頭，以示與作為美國(guó)象征的尖頭避雷針勢(shì)不兩立。

避雷針是早期電學(xué)研究中的第一項(xiàng)具有重大應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)成果，它不僅使人類(lèi)免受“雷公”肆虐之苦，而且也使雷電和上帝脫離了關(guān)系。