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摩擦起電和雷電

佚名 2025-03-26 11:14:34

琥珀和玳瑁〔daimao代帽〕是古代人最早發(fā)現(xiàn)具有摩擦起電性質(zhì)的兩種物體

。琥珀是一種透明的樹脂化石
。玳瑁,是類似龜?shù)暮I佬袆游?div id="d48novz" class="flower left">
,其甲殼也叫玳瑁
。從新石器時代起,人們已將琥珀當作裝飾品之一
;東漢時期
,琥珀被雕成玩賞動物
。因此,理應(yīng)在文字記載它的摩擦起電現(xiàn)象之前很久很久
,人們就發(fā)現(xiàn)了它的類似性質(zhì)
。東漢王充、東晉郭璞〔pu菩〕都在他們的著作中記述了玳瑁吸取草屑的現(xiàn)象
。琥珀從魏晉時起已成為中藥材之一
。因此藥物學(xué)家都以布摩擦琥珀,或以手心摩擦琥珀
,看它是否能吸引草屑而檢驗琥珀的真假
。三國時期,人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)琥珀不能吸引腐爛的草屑
。我們知道
,腐草含水份,它已變成導(dǎo)體而不是絕緣體
。因此
,帶靜電的琥珀不能吸引它。

除了琥珀和玳瑁之外

,古代中國人還發(fā)現(xiàn)了毛皮
、絲綢等物質(zhì)的靜電現(xiàn)象。它們之所以被發(fā)現(xiàn)
,是由于靜電火花引起了人們的注意

西晉時張華(公元232—300年)在《博物志》中記述了兩個靜電現(xiàn)象。一個是黑夜用梳子梳理頭發(fā)

,發(fā)現(xiàn)梳齒尖端的放電亮光
,并聽到微弱的放電爆聲。另一個是黑夜猛地解脫衣服(毛皮或絲綢質(zhì)料)
,也能看到閃光和聽見聲音
。明代人對后一個現(xiàn)象作了詳細記述。張居正(公元1525-1582年)說:“凡貂裘及綺麗之服(即綾羅綢緞)皆有光
。余每于冬月盛寒時
,衣上常有火光,振之迸炸有聲
,如花火之狀
。”(《張文忠公全集·文集第一一》)與張居正同時代人都邛〔qiong瓊〕這樣描述絲綢的摩擦起電:人們用綾羅綢緞作衣服
,“暗室中力持曳
,以手摩之良久,火星直出”(《三余贅筆》
,見《說郛〔fu伏〕》本)
。中國是絲綢的故鄉(xiāng)
,古代人對這類靜電現(xiàn)象無疑是非常熟悉的。除此之外
,唐代人發(fā)現(xiàn)摩擦貓皮的靜電火花和聲音
;宋代人發(fā)現(xiàn)孔雀毛靜電感應(yīng)現(xiàn)象。用這種羽毛作撣〔dan膽〕子
,塵灰不飛揚

雷電是古代人熟悉的又一種電現(xiàn)象

。陰雨天
,大氣電場增強,當局部場強達到空氣擊穿電位差時
,就會放電發(fā)光
。雷電發(fā)生在云內(nèi)、云際
、云空之間和天地之間
。在距今約3500年前的殷商甲骨文中,已有“雷”字
。東漢王充說:“云雨至則雷電擊”(《論衡·雷虛篇》)就明確地提出云雨與雷電的關(guān)系
。人們常看到的雷電是線狀閃電
,比較罕見的是聯(lián)珠閃電和球狀閃電
。明代張居正記述了后一種現(xiàn)象:某日“天微雨,忽有流火如球
,其色綠
,后有小火點隨之,從雨中冉冉騰過予宅
,墜于廚房水缸之中
,其光如月,廚中人驚視之
,遂不見
。”(《張文忠公全集·文集第一一》)這是同時出現(xiàn)的球狀閃電和聯(lián)珠狀閃電
,張居正記下了火球的顏色
、大小、形狀
、出現(xiàn)時間和定性的漂移速度
。觀察和記錄都很細致。

雷與電實際上是同屬大氣放電的兩種物理現(xiàn)象:聲和光

。因為光速遠大于聲速
,所以人們總是先看見閃電亮光
,然后才聽到放電聲音。古代人對這兩種現(xiàn)象都作了忠實記載
,如《南齊書·五行志》說:“十月庚戌
,電光,有頃雷鳴
,久而止
。”在歷代史書中這種記錄隨手可拾

發(fā)生雷電的大氣電場是相當高的

。但是,當大氣中有尖銳導(dǎo)體存在時
,電光可以在較弱的大氣電場中發(fā)生
,形成所謂“尖端放電”現(xiàn)象。古代的兵器
,如矛
、戈、戟等
,都有尖利的鋒刃
,有些兵器連柄也是金屬的。從公元前后起我國就有關(guān)于尖端放電的記載
?div id="m50uktp" class="box-center"> !稘h書·西域傳》曾記述元始年間(公元1-5年),漢朝廷為開辟通往玉門關(guān)的近道
,與當?shù)剀噹熀笸鯂?國王叫姑句)發(fā)生一場小小戰(zhàn)爭
。在那日夜備戰(zhàn)的時刻,兵士們看到“姑句家矛端生火”
。據(jù)載
,永興元年(公元304年),成都王發(fā)動叛亂
,陣兵鄴〔ye葉〕城
,夜里“戟鋒皆有火光,遙望如懸燭
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!?干寶:《搜神記》卷七)此外,古代許多關(guān)于塔尖頂放電現(xiàn)象的記載也屬尖端放電一類

值得注意的是

,古代人在長期觀察雷電現(xiàn)象中,已經(jīng)看出導(dǎo)體和絕緣體的差別。南朝時
,有一次雷電襲擊寺廟
,“電火燒塔下佛面,而窗戶不異”(《南齊書·五行志》)
。佛面是金屬粉刷的
,當高能量雷電通過時自然被融化,而窗戶或者未被雨淋濕(干燥的木頭是絕緣體)
,或者不在雷電通路上
,故此仍完好無損。沈括曾描述了這樣一件事:有一次雷電打入一平民家
,該家有一漆木盆
,內(nèi)藏金銀諸器,“其漆器銀扣者
,銀悉熔流在地
,漆器不曾焦灼”;有一寶刀在刀鞘中熔為汁
,皮制刀鞘卻不曾損壞(《夢溪筆談》卷二十《神奇篇》)。根據(jù)前人的大量記載
,明代方以智總結(jié)道:“雷火所及
,金石銷熔,而漆器不壞
?div id="m50uktp" class="box-center"> !?《物理小識》卷二)“金石”指金屬物體。它和潮濕的木頭
、石塊
、人體和動物體都是導(dǎo)體;漆
、皮革
、干木、琥珀
、玳瑁
、絲綢都是絕緣體。近代關(guān)于導(dǎo)體和絕緣體的分類正是根據(jù)它們對電的不同效果而分別命名的
。方以智雖然未曾從概念上加以明確區(qū)別
,但也確實認識到它們對于電的不同性質(zhì)。

在科學(xué)史上頗有意義的是

,漢代王充曾以雷電燒焦人的頭發(fā)
、皮膚、草木等五個例子來證明雷電的本質(zhì)是火(《論衡·雷虛篇》)。18世紀美國富蘭克林(公元1706—1790年)曾冒著生命危險證明天上雷電與地上琥珀電是一致的
,它們都是火
。富蘭克林的論證方式及論證證據(jù),幾乎都與王充相同

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