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1706年1月17日,本杰明.富兰克林出生在北美州的波士顿。他的父亲原是英国漆匠,当时以制造蜡烛和肥皂为业,生有十个孩子,富兰克林排行第八。富兰克林八岁入学读书,虽然学习成绩优异,但由于他家中孩子太多,父亲的收入无法负担他读书的费用。所以,他到十岁时就离开了学校,回家帮父亲做蜡烛。富兰克林一生只在学校读了这两年书。十二岁时,他到哥哥詹姆士经营的小印刷所当学徒,自此他当了近十年的印刷工人,但他的学习从未间断过,他从伙食费中省下钱来买书。同时,利用工作之便,他结识了几家书店的学徒,将书店的书在晚间偷偷地借来,通宵达旦地阅读,第二天清晨便归还。他阅读的范围很广,从自然科学、技术方面的通俗读物到著名科学家的论文以及名作家的作品。

就是在当学徒的这段时期里,富兰克林把在学校曾两度考试不及格的算术学了一遍,又读了赛勒和舍尔梅的关于航海的书,从这些航海的书里,他接触到了几何学知识。他还读了洛克的《人类的悟性》和波尔洛亚尔派的作者们写的《思维的艺术》。富兰克林的学习日渐深入。

1723年富兰克林离开了波士顿,到费城的基未尔印刷所和英国伦敦的帕尔未和瓦茨印刷厂当工人。1726年秋,富兰克林回到费城,这时他已掌握了精湛的印刷技术,开始独立经营印刷所,印刷和发行《宾夕尼亚报》,并出版了《可怜的李查历书》,当时被译成十二种文字,销行于欧美各国。1727年秋,在费城他和几个青年创办了“共读社”,组织了小型图书馆,帮助工人、手工业者和小职员进行自学。每星期五晚上,论讨有关哲学、政治和自然科学等问题。这时富兰克林还不到三十岁,通过刻苦自修,已经成为一个学识渊博的学者和启蒙思想家,在北美的声誉日益提高。在富兰克林的领导下,“共读社”几乎存在了四十年之久,后来发展为美国哲学会,成为美国科学思想的中心。

1736年,富兰克林当选为宾夕尼亚州议会秘书。1737年,任费城副邮务长。虽然工作越来越繁重,可是富兰克林每天仍然坚持学习。为了进一步打开知识宝库的大门,他孜孜不倦地学习外国语,先后掌握了法文、意大利文、西班牙文及拉丁文。他广泛地接受了世界科学文化的先进成果。为自己的科学研究奠定了坚实的基础。

捕捉雷电

1746年,一位英国学者在波士顿利用玻璃管和莱顿瓶表演了电学实验。富兰克林怀着极大的兴趣观看了他的表演,并被电学这一刚刚兴起的科学强烈地吸引住了。随后富兰克林开始了电学的研究。富兰克林在家里做了大量实验,研究了两种电荷的性能,说明了电的来源和在物质中存在的现象。在十八世纪以前,人们还不能正确地认识雷电到底是什么。当时人们普遍相信雷电是上帝发怒的说法。一些不信上帝的有识之士曾试图解释雷电的起因,但都未获成功,学术界比较流行的是认为雷电是“气体爆炸”的观点。

在一次试验中,富兰克林的妻子丽德不小心碰到了莱顿瓶,一团电火闪过,丽德被击中倒地,面色惨白,足足在家躺了一个星期才恢复健康。这虽然是试验中的一起意外事件,但思维敏捷的富兰克林却由此而想到了空中的雷电。他经过反复思考,断定雷电也是一种放电现象,它和在实验室产生的电在本质上是一样的。于是,他写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论文,并送给了英国皇家学会。但富兰克林的伟大设想竟遭到了许多人的嘲笑,有人甚至嗤笑他是“想把上帝和雷电分家的狂人”。

富兰克林决心用事实来证明一切。1752年6月的一天,阴云密布,电闪雷鸣,一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道,带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝,他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大,风筝很快就被放上高空。刹那,雷电交加,大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线,父子俩焦急的期待着,此时,刚好一道闪电从风筝上掠过,富兰克林用手靠近风筝上的铁丝,立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动,大声呼喊:“威廉,我被电击了!”随后,他又将风筝线上的电引入莱顾瓶中。回到家里以后,富兰克林用雷电进行了各种电学实验,证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说,在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。

风筝实验的成功使富兰克林在全世界科学界的名声大振。英国皇家学会给他送来了金质奖章,聘请他担任皇家学会的会员。他的科学著作也被译成了多种语言。他的电学研究取得了初步的胜利。然而,在荣誉和胜利面前,富兰林没有停止对电学的进一步研究。1753年,俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验,不幸被雷电击死,这是做电实验的第一个牺牲者。血的代价,使许多人对雷电试验产生了戒心和恐惧。但富兰克林在死亡的威胁面前没有退缩,经过多次试验,他制成了一根实用的避雷针。他把几米长的铁杆,用绝缘材料固定在屋顶,杆上紧拴着一根粗导线,一直通到地里。当雷电袭击房子的时候,它就沿着金属杆通过导线直达大地,房屋建筑完好无损。1754年,避雷针开始应用,但有些人认为这是个不祥的东西,违反天意会带来旱灾。就在夜里偷偷地把避雷针拆了。然而,科学终于将战胜愚昧。一场挟有雷电的狂风过后,大教堂着火了;而装有避雷针的高层房屋却平安无事。事实教育了人们,使人们相信了科学。避雷针相继传到英国、德国、法国,最后普及世界各地。

富兰克林对科学的贡献不仅在静电学方面,他的研究范围极其广泛。在数学方面,他创造了八次和十六次幻方,这两种幻方性质特殊,变化复杂,至今尚为学者称道;在热学中,他改良了取暖的炉子,可以节省四分之三燃料,被称为“富兰克林炉”;在光学方面,他发明了老年人用的双焦距眼镜,戴上这种眼镜既可以看清近处的东西,也可看清远处的东西。他和剑桥大学的哈特莱共同利用醚的蒸发得到负二十五度(摄氏)的低温,创造了蒸发致冷的理论。此外,他对气象、地质、声学及海洋航行等方面都有研究,并取得了不少成就。

杰出的社会活动家

富兰克不仅是一位优秀的科学家,而且还是一位杰出的社会活动家。他一生用了不少时间去从事社会活动。富兰克林特别重视教育,他兴办图书馆、组织和创立多个协会都是为了提高各阶层人的文化素质。

正当他在科学研究上不断取得新成果的时候,由于英国殖民者的残暴统治,北美殖民地的民族解放运动日益高涨。为了民族的独立和解放,他毅然放下了实验仪器,积极地站在了斗争的最前列。从1757到1775年他几次作为北美殖民地代表到英国谈判。独立战争爆发后,他参加了第二届大陆会议和《独立宣言》的起草工作。1776年,已经七十高龄的富兰克林又远涉重洋出使法国,赢得了法国和欧洲人民对北美独立战争的支援。1787年,他积极参加了制定美国宪法的工作,并组织了反对奴役黑人的运动。

巨星陨落

富兰克林度过的最后一个冬天是在亲人环护中度过的。1790年4月17日,夜里11点,富兰克林溘然逝去。那时,他的孙子谭波尔和本杰明正陪在他的身边。4月21日,费城人民为他举行了葬礼,两万人参加了出殡队伍,为富兰克林的逝世服丧一个月以示哀悼。本杰明.富兰克林就这样走完了他人生路上的84度春秋,静静地躺在教堂院子里的墓穴中,他的墓碑上只刻着:“印刷工富兰克林”。

发明家名人故事:伏特发明电池的故事

电池的发明并不是电学史上最关键的发明,接下来一连串的事情,标志着一个时代的结束和另一个时代的开始,这些事情发生在伦敦的英国皇家学院。

汉弗莱·戴维 ,1778年12月17日出生在英格兰彭赞斯城附近的乡村,后人更认可他是一位优秀化学家。

在电气研究上,戴维执着于研究持续性电流,1808年,他在英国皇家学院的地下室,建造了当时世界上最大的电池,800多个伏特电堆连接在一起,不断散发出硫磺的烟雾,发出嘶嘶的声音。戴维把两根碳棒接在电池上,然后把尖端靠近,持续的电流跨越碳棒的两端,发出炫目的明亮火花,光明冲破黑暗,这就是戴维的弧光,象征着一个时代的结束和我们这个时代的开始,这是电的时代。

戴维的贡献不仅仅只在于电弧灯,在电化学领域也有着重要的贡献。1807年11月19日,戴维宣布成功地制出了金属钾和钠。后来,戴维还提取了汞,又制出了钡、镁、锶等金属物质。他发现了一氧化二氮的麻醉作用,发明了矿工用的安全灯等。他24岁被提升为教授。1812年获英国的爵士称号,1820年当选为英国皇家学会主席,1826年又被推选为彼得堡科学院名誉院长。

而戴维一生最重大的贡献,要数发现并帮助了法拉第这样一个杰出的人才。

现在我们知道电和磁是相互联系不可分割的基本现象,但在18世纪初之前,电和磁是被分别研究的物理现象。

在静电学研究上,库伦做出了杰出贡献。

查利·奥古斯丁·库仑 在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。库仑家里很有钱,在青少年时期就受到了良好的教育。在科学研究工作,他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。

1785年,库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律,找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之间的距离的定量关系,即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比,与两者的距离平方成反比。

库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,它使电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的。

库伦在研究静电力的同时,对磁力的相互作用也有所研究,但始终将电与磁独立开来,并没有研究他们之间的关系。直到丹麦人汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现的电流磁效应和法国人安培发现的电流与电流之间相互作用的规律,电与磁的相互关系才渐渐有了眉目。

汉斯·克里斯蒂安·奥斯特 ,1777年8月14日生于丹麦的兰格朗岛鲁德乔宾一个药剂师家庭。12岁开始帮助父亲在药房里干活,同时坚持学习化学。由于刻苦攻读,17岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生,学习医学和自然科学。

奥斯特一直相信电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系,坚信电和磁之间一定有某种关系,电一定能转化为磁,尤其是富兰克林曾经发现莱顿瓶放电能使钢针磁化,更坚定了他的观点。奥斯特仔细地审查了库仑的论断,发现库仑研究的对象全是静电和静磁,确实不可能转化。他猜测,非静电、非静磁可能是转化的条件,应该把注意力集中到电流和磁体有没有相互作用来进行探索。

1820年4月,奥斯特在偶然发现铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方,接通电源的瞬间,发现磁针跳动了一下。以后,奥斯特花了三个月,做了许多次实验,发现磁针在电流周 围都会偏转。在导线的上方和导线的下方,磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质,比如木头、玻璃、水、松香等,不会影响磁针的偏转。

1820年7月21日,奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文正式向学术界宣告发现了电流磁效应。这是个伟大的时刻,奥斯特第一次证明了电流可以创造磁力,他把电和磁联系起来。

奥特斯的发现引起了安培的注意,深深触动了他所信奉的库伦关于电、磁没有关系的信条。

安德烈·玛丽·安培, 1775年出生与法国里昂,安培的父亲一开始曾教他学习拉丁文,但很快就发现安培的数学才能尤其出众,而转教其数学。安培的兴趣很广泛,对历史、旅行、诗歌、哲学及自然科学等多方面都有涉猎。

1820年,奥斯特发现电流磁效应,安培马上集中精力研究,几周内就提出了安培定则即右手螺旋定则。随后很快在几个月之内连续发表了3篇论文,并设计了9个著名的实验,总结了载流回路中电流元在电磁场中的运动规律,即安培定律。

接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。

1821年安培提出分子电流假设,第一次提出了电动力学这一说法。

后来,安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系,人们把这定律称为安培定律。

安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中,成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一,还把安培誉为“电学中的牛顿”。

1831年,一个出生于贫苦铁匠家庭的科学家,做出了关于电力厂的关键性突破,永远改变了人类文明。

未完待续...

伏特出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。他对科学的爱好似乎是自然而然发生的。十九岁时他写作了一首关于化学发现的六韵步的拉丁文小诗。伏特在青年时期就开始了电学实验,他读了许多书,他的好友加托尼送给他一些仪器,并在家里让出了一间房子来支持他的研究。

伏特十六岁时开始与一些着名的电学家通信,其中有巴黎的诺莱和都灵的贝卡里亚。贝卡里亚是一位很有成就的国际知名的电学家,他劝告伏特少提出理论,多做实验。事实上,伏特年青时期的理论思想远不如他的实验重要。随着岁月的流逝,伏特对静电的了解至少可以和当时最好的电学家媲美。不久他就开始应用他的理论制造各种有独创性的仪器,用现代的话来讲,要点在于他对电量、电量或张力(如他自己所命名的)、电容以及关系式Q=CV都有了明确的了解。

伏特制造的仪器的一个杰出例子是起电盘。一块导电板放在一个由摩擦起电的充电树脂"饼"上端,然后用一个绝缘柄与金属板接触,使它接地,再把它举起来,于是金属板就被充电到高电势,这个方法可以用来使莱顿瓶充电。这种操作可以不断地重复。这一发明是非常精巧的,以后发展成为一系列静电起电机。

伏特强烈地感到,他必须定量地测定电量,于是他设计了一种静电计,这就是各种绝对电计的鼻祖,它能够以可重复的方式测量电势差。他还为他的静电计建立了一种刻度,根据电盘的发明,根据他的描述,我们可以确定他的单位是今天的13,350伏。

1775年由于起电盘的发明,使伏特担任了科莫一些学校的物理教授。他的名声开始扩展到意大利以外,苏黎世物理学会选举他为会员.伏特的兴趣并不只限于电学。他通过观察马焦雷湖附近沼泽地冒出的气泡,发现了沼气。他把对化学和电学的兴趣结合起来,制成了一种称为气体燃化的仪器,可以用电火花点燃一个封闭容器内的气体。他在三十二岁时去瑞士游历,见到了伏尔泰和一些瑞士物理学家。回来后他被任命为帕维亚大学物理学教授,这是伦巴第地区最着名的大学。他担任这个教授职务一直到退休,正是在那里他作出了他的划时代的发现。

伏特于1792年去国外作另一次长途游历,到了德国、荷兰、法国和英国。他访问了一些最着名的同行,例如拉普拉斯和拉瓦锡(1743-1794),有时还和他们共同做实验。他当时还被选为法国科学院的通迅院士,不久又被选为伦敦皇家学会的外国会员。

伏特在四十五岁生日后不久,读到了伽伐尼1791年的文章,这促使他去作出了最大的发明和发现。他开始还有些犹豫,但不久他就开始了工作,用伏特的话说,他实验的内容"超出了当时已知的一切电学知识,因而它们看来是惊人的"。起初他同意伽伐尼用蛙做莱顿瓶的观点,但几个月后,他开始怀疑蛙主要是一种探测器,而电源则在动物之外,他还注意到,如果两种相互接触的不同金属放在舌上,就会引起一种特殊的感觉,有的是酸性的,有时是碱性的。他假定,并且也能令我们惊叹的静电测量证明,两种不同的金属例如铜和锌接触时会得到不同的电势。他测量了这种电势差,得到的结果与我们现在所知的它们之间的接触电势差没有多大差别。至少当连接肌肉和神经的金属电弧是双金属时,只要假定蛙是一种非常灵敏的静电计,伽伐尼实验就到了解释。当然,伽伐尼回答说,甚至当金属电弧是单金属的时,他也能够观察到肌肉的收缩。这是一种严峻的反对意见,伏特对这些指出了金属的不纯和其他原因来为自己辨解。

伏特对这个问题进行了更深入的研究,使他发明了伏特电堆,这是历史上的神奇发明之一。伏特发现导电体可以分为两大类。第一类是金属,它们接触时会产生电势差;第二类是液体(在现代语言中称为电解质),它们与浸在里面的金属之间没有很大的电差。而且第二类导体互相接触时也不会产生明显的电势差,第一类导体可依次排列起来,使其中第一种相对于后面的一种是正的,例如锌对铜是正的,在一个金属链中,一种金属和最后一种金属之间的电势差是一样的,仿佛其中不存在任何中间接触,而第一种金属和最后一种金属直接接触似的。

伏特最后得到了一种思想,他把一些第一种导体和第二种导体连接得使每一个接触点上产生的电势差可以相加。他把这种装置称为"电堆",因为它是由浸在酸溶液中的锌板、铜板和布片重复许多层而构成的。他在一封写给皇家学会会长班克斯(1743-1820)的着名信件中介绍了他的发明,用的标题是《论不同导电物质接触产生的电》。电堆能产生连续的电流,它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大,由此开始了一场真正的科学革命。

伏特最伟大的成就是在他达到相当高龄(五十五岁)时得到的,它立即引起所有物理学家的欢呼。

1801年他去巴黎,在法国科学院表演了他的实验,当时拿破仑也在场,他立即下令授予伏特一枚特制金质奖章和一份养老金,于是伏特成为拿破仑的被保护人,正如二十年前,他曾经是奥地利皇帝约瑟夫二世的被保护人一样。1804年他要求辞去帕维亚大学教授而退休时,拿破仑拒绝了他的要求,赐予他更多的名誉和金钱,并授予他伯爵称号。他对政治毫不关心,只专心于他的研究。

伏特在完成了电堆工作后,实际上就从舞台上消失了。对他的发现的利用完全落在其他人身上。他可能是年纪太大了,无法再与年青的新生力量竞争,也可能在心理上受到了他以前的巨大成就的阻碍。他没有脱离过学校,他的工作可能太个人化了,他的着作与教学中缺乏正规的数学,可能限制了他表达自己思想的能力。伏特最后八年是在他的坎纳戈别墅和科莫附近度过的,他完全过一种隐居的生活。1827年伏特去世,终年八十二岁。

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