富兰克林与避雷针的故事

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  富兰克林与避雷针的故事

  1752年6月的一天,美国费城郊区,乌云密布,电闪雷鸣,在一块宽阔的草地上,有一老一少两个人正兴致勃勃地在那里放风筝。突然,一道闪电劈开云层,在天空划了一个“之”字,接着嘎嘣一声脆雷,雨点就瓢洒盆泼般地倾下来了。

  只见老者大声喊道:“威廉,站到那边的草房里去,拉紧风筝线。”这时,闪电一道亮过一道,雷鸣一声高过一声。突然威廉大叫:“爸爸,快看!”老者顺着儿子指的方向一看,只见那拉紧的麻绳,本来是光溜溜的,突然怒发冲冠,那些细纤维一根一根都直竖起来了。他高兴地喊道:“天电引来了!”他一边嘱咐儿子小心,一边用手慢慢接近接在麻绳上的那把铜钥匙。突然他象被谁推了一把似地,跌到在地上,浑身发麻。他顾不得疼痛,一骨碌从地上爬起来,将带来的莱顿瓶接在铜钥匙上。这莱顿瓶里果然有了电,而且还放出了电火花,原来天电和地电是一个样子!他和儿子如获至宝似地将莱顿瓶抱回了家。

  这捕获天电的人就是富兰克林和他的儿子威廉。富兰克林于1706年4月17日生在美国,小时候家里很穷,无钱上学,就在哥哥开的印刷厂中当学徒。然而,他凭借他的聪明才智和不懈的努力,一生中具有许多发明,而且是电学的开门鼻祖。他不仅是一位伟大的科学家,还是一位杰出的政治家和外交家,他是《独立宣言》的发起人之一,是美国第一任驻外大使。

  风筝实验之后,富兰克林写了一篇《论闪电和电气的相同》的论文,阐述了雷电的本质,还提出了制造避雷针的设想,使建筑物免遭雷击。然而,当他的论文在英国皇家学会上宣读的时候,有人却报之以轻蔑和嘲讽。但是,科学终究会战胜愚昧和无知,1756年英国皇家学会授予富兰克林皇家学会正式会员的称号。

  富兰克林发明的避雷针,一下子风靡一时,传到英国、法国、德国、传遍欧洲和美洲。但是传到英国却发生一段离奇的故事。

  1727年,英国成立了讨论火药仓库免遭雷击对策委员会,富兰克林被任命为委员。但是对避雷针的顶端的形状是尖的还是圆形的好,人们发生了争执。有人想当然地认为圆头的好,但是富兰克林力排众议,坚持用尖头避雷针,最后终于被采纳了,于是,所有的避雷针都做成了尖头避雷针。然而四年之后,美国独立战争爆发,13洲联合起来反对英国殖民主义,富兰克林当然首当其冲。这事惹恼了英国国王乔治三世。由于英国跟美国远隔重洋,英国国王鞭长莫及,一气之下,传令将宫殿和弹药仓库上的所有尖头避雷针全砸掉,一律换成圆头的,并召见皇家学会会长约翰·普林格尔,要他宣布圆头避雷针比尖头避雷针更安全。普林格尔一听惊讶万分,正直的科学良心使他义正辞严地拒绝了国王的要求:“陛下,许多事情都可以按您的愿望去办,但不能做违背自然规律的事呀!”普林格尔虽然被撤职了,但避雷针始终还是尖头的。

  那么,为什么尖头避雷针更好呢?这得从导体的形状与其表面电荷分布的关系说起。在导体表面弯曲得厉害的地方,例如在凸起的尖端处,电荷密度较大,附近的空间电场较强,原来不导电的空气被电离变成导体,从而出现尖端放电现象。夜间看到高压电线周围笼罩着一层绿色的光晕,就是一种微弱的尖端放电。雷电是一种大规模的火花放电现象。当两片带异种电荷云块接近或带电云块接近地面的时候,由于电压极高,极容易产生火花放电。放电时,电流可达2万安培,电流通过的地方温度可达30000℃。一旦这种放电在云和建筑物或其它东西之间形成,就很可能会发生雷击事件。如果在高层建筑物上安上避雷针,一旦在建筑物的上空遇上带电雷雨云,避雷针的尖端就会产生尖端放电,避免了雷雨云和建筑物之间的强烈火花放电,因而达到避雷的目的。如果把避雷针的顶端做圆形,就不会出现尖端放电,避雷的效果就远不及尖顶形避雷针了。

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