世界近代中期科技史-第7章
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克林和儿子威廉一起，带着上面装有一个金属杆的风筝来到了一个空旷地
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。刹那间，雷电交加，大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一起
拉着风筝线躲入一个建筑物内。此时，刚好一道闪电从风筝上空掠过，富兰
克林的手上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：
“我被电击了！我被电击了！”随即他用一串铜钥匙与风筝线接触，钥匙上
立即放射出一串电火花；随后，他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。回到家
里后，富兰克林用从天上捕捉下来的雷电进行了各种电学实验，证明天上的
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完全的证实。
富兰克林立即把他的捕捉雷电的实验写成报告寄往伦敦，柯林逊立即将
他的实验报告交给一家刊物发表了，并再次轰动西欧。
富兰克林的捕捉雷电的实验，对早期的近代电学发展产生了深远的影
响，因为风筝实验不仅使人们认识到天上人间的电是同一种东西。更重要的
是，它使人们认识到开发和利用电的伟大前景。风筝实验的结果告诉人们，
既然天上人间的电是同一种东西，雷电有如此巨大的威力，而人类已能在摩
擦起电机上产生电，一旦人类能找到更有效的生产电的途径，也就会获得如
同雷电一样威力无比的能量，从这个意义上来说，风筝实验是近代电学史上
的一场思想上和观念上的革命。如果说，在富兰克林以前，人们多少还把电
学实验作为一种魔术活动的话，那么，自富兰克林以后，人们开始把电学作
为一门真正的科学，并由此开始寻找能更有效生产电的途径。
富兰克林捕捉雷电的实验，对当时的近代科学发展也产生了重大的影
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响。因为风筝实验一方面使人类看到了科学征服自然的伟力，另一方面也使
人类看到了自身征服自然的伟力。如果说，在富兰克林以前，以牛顿为代表
的早期近代科学成就还仍然停留在认识自然水平的话，那么自富兰克林之
后，近代科学即开始了人类征服自然的伟大进军。
由于富兰克林在近代电学上确实取得了令人瞩目的重大成就，英国皇家
学会也一反过去对富兰克林的歧视态度。破例地给富兰克林以永远赠阅皇家
学会会刊的待遇，破例地授予他以金质奖章，并破例地接受他为英国皇家学
会会员。
在实践电学与理论电学两方面的研究中，富兰克林更注重实验电学的研
究。因此，他的电学论著大都是关于实验的描述。对此，他曾在自传中作过
解释：“我之所述都是实验的描写，任何一人都能复试和证明，如果不能证
①
明，也就无法辩护。”正因为他在电学的基础研究中早已具有这种重实验的
倾向，所以他在科学与技术两方面的研究中，又特别注重把电学的实验成果
转化为应用的技术。
富兰克林的时代，西方普遍流行着雷电是上帝之火和雷击是上帝的惩罚
等神学迷信观念。而森林火灾、房屋倒塌、人畜伤亡等雷电引起的灾害时有
发生，在成功地进行了捕捉雷电的实验后，富兰克林即想到要征服雷电。
在进行风筝实验后的同年夏天，富兰克林即着手研制避雷装置，同年，
富兰克林研制出了这样一个避雷装置：把一根数米长的细铁棒固定在高大建
筑物的尖端，在铁棒与建筑物之间用绝缘体隔开，然后用一根导线与铁棒底
端连接，再将导线引入地面之下。他把这种避雷装置称为避雷针。经过试用，
果然能起避雷作用。
避雷针最初发明与推广应用时，教会曾将它视为不祥之物，但在费城等
地，拒绝安置避雷针的一些高大教堂在大雷雨中相继遭受雷击，而比教堂更
高的建筑物由于已装上避雷针，在大雷雨中却安然无恙。
由于避雷针已在费城等地初显神威，它立即传播到北美各地，随后又传
入欧洲。避雷针传入法国后，诺雷等人开始反对使用避雷针，但法国人仍然
选用富兰克林的尖头避雷针，他们还把富兰克林看成是苏格拉底的化身，并
成了人们崇拜的偶像。避雷针传入英国后，英国人也曾广泛采用了富兰克林
的尖头避雷针，但当时的国王乔治三世出于反对美国独立战争的愤怒，曾下
令英皇室的建筑物上的避雷针的尖头上统统装上圆头。
避雷针确实是早期电学研究中的第一项具有重大应用价值的技术成果，
但在富兰克林的电学实验中，避雷针只是他的实验电学成就的一项具体的应
用。实际上，富兰克林在实验电学与理论电学中的成就，远比避雷针的发明
重要得多。在实验电学中，他发明了一种新的电容器，这种电容器是从莱顿
瓶向后来的伏打电池发展的一个中间环节。更重要的是，他以风筝实验首次
向人们证实了电是一种自然力，这就使人类开始看到应用电的前景。在理论
电学中，富兰克林首创了正电、负电、电池、电容、充电、放电、电击、电
工、电枢、电刷等一套电学与电工术语，而且写出了有影响的电学理论著作，
这就使近代电学的理论研究开始形成了自己所特有的理论规范和传统。
富兰克林不仅是一个杰出的电学家，而且在天文、地质、气象、化工、
医药、机械等科学和技术领域也有过卓越的贡献，因此他不仅是近代电学的
① 《富兰克林自传》，姚善友译，三联书店1956年版，第131页。
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伟大先驱，更是美国近代科学的伟大先驱。
富兰克林不仅是一个有多方面成就的科学家，而且也是一位杰出的政治
家。在他的后半生，美国的民族解放运动蓬勃兴起。富兰克林不仅参与1776
年美国的《独立宣言》的起草工作，而且参与了独立后的美国的宪法制定工
作。美利坚合众国独立后，富兰克林又作为美国首任驻法国大使出使巴黎，
为当时年轻的美国争取了广泛的国际援助。后来回国之后，富兰克林曾致力
于黑奴解放事业。
1790年4月14日，富兰克林以84岁的高龄病逝，据说他在临终时曾遗
憾地说：“科学的迅速发展使我有时感到遗憾——我生得太早了。我们不能
设想，人类对驾御大自然的能力在一百年、一千年以后，能达到什么样的高
度。我们也许能够学会克服地球的引力，举起庞然大物；农业能够减轻劳力
而使产量倍增；疾病可以有效地预防——而人类的寿命可以大大延长。”当
今的科学发展，不仅把富兰克林的理想早已变成了现实，而且早已创造出了
他当年连想也不敢想的科学奇迹。
富兰克林在病逝后，人们在他的墓碑上刻下这样两句墓志铭：“从苍天
那里取得了雷电，从暴君那里取得了民权。”以此来颂扬他在近代电学和美
国革命中所建树的卓越功勋。
（4）库仑定律和高斯定律
自富兰克林以后，电学已在自身的发展中逐渐产生活力，但人们所用的
主要电学实验仪器，仍是格里凯起电机和莱顿瓶。由于在实验仪器上未取得
很大进展，同时由于俄国物理学家李希曼在1753年7月26日所进行的一次
与富兰克林的雷电实验类似的实验中丧生，因此在此后的最初10余年内，电
学领域是相当沉寂的。在经过一段时间的沉寂后，电学最先在英国活跃起来。
在英国，继富兰克林之后最早进行电学研究的，是后来成为氧气的发现
者之一的化学家普列斯特列。1766年，普列斯特列在伦敦结识了富兰克林，
他根据富兰克林的建议，在已进行过的初步的电学研究的基础上，开始进行
《电学史》的写作，1767年，他完成并出版了这一著作。在此著作中，他根
据富兰克林所证明的中空带电导体里面的静电力等于零的环路定理，最先推
导出了静电力的平方反比定律。1774年，普列斯特列在发现氧气后，曾进行
了氢与氧的火花放电实验，这一实验是电学与化学相互渗透，从而产生了电
化学这一新的边缘科学的最初的实验基础。
从60年代起，英国化学家卡文迪许也在他自己的实验内进行着与化学有
关的电学实验。他进行过盐溶液的导电实验，并由此测定过盐溶液的导电系
数，他也进行过富兰克林做过的证明环路定理的中空导体内没有电荷的实
验，他也与普列斯特列一样，独立地证明了静电力的平方反比定律。
在英国之外，其他国家的电学也在最初的发展之中。1784—1785年间，
法国物理学家库仑（1736—1806年）通过扭秤实验，对电的引力和斥力作了
定量性的实验分析，验证了两个静止的点电荷之间的相互作用力的平方反比
定律，即在两个静止的点电荷之间，它们的引力与距离的平方成反比：
q q
f = 1 2 ，其中f为两个点电荷之间的引力，q 和q 为两个点电荷的电
2 1 2
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定律，本来普列斯特列和卡文迪许也曾发现过，但是他们未进行充分的理论
证明，也未建立起明确的数学模型，因此在库仑之前还不为人们所知。为了
纪念库仑的这一贡献，这一定律后来被称为库仑定律，而“库仑”也就成了
静电学中电量的度数单位。
在德国，青年数学家高斯（1777—1855年）在研究数学的同时，也进行
了一些电学研究。他曾从库仑定律推导出另一定理：通过闭合面向外的电通
量，是闭合面内电荷量的代数和的4π倍。这就是后来静电学中著名的高斯
定理。库仑定律只能用来描述点电荷之间引力，而高斯定理则把库仑定律推
广到描述任意曲面上连续分布的电通量与曲面内的电荷的代数和之间的关
系。
由于环路定理、库仑定律及高斯定理的发现，静电学因此获得了较为坚
实的理论基础。
（5）伽伐尼实验与伏打电池
18世纪中期，人们在非洲与南美等地的热带河流中，曾发现一种很怪的
鱼，当你用手去抓它时，它能以一种类似“电击”的方式自卫，后来人们进
一步发现，只是在用两只手同时碰它的头和尾部时，才受到电击。更有趣的
是，这种鱼可用来给莱顿瓶充电。这说明，这种鱼的自卫方式确实是电击，
是一种放电现象。后来，人们把这种鱼称为“电鳗”或“电妖鱼”。
电鳗的电击现象引起了意大利生物学家伽伐尼（1737—1798年）对动物
体上的电现象的关注，当时，他正致力于动物解剖学研究。1780年，他偶然
发现雷电使蛙腿肌肉发生抽搐，这一发现，引起了他的兴趣，以后几年内，
他一直试图以实验再次证实这一发现。1786年9月20日，他进行了这样一
个实验：他用莱顿瓶储存了一些用静电起电机产生的电荷，然后用莱顿瓶放
电来刺激青蛙的大腿肌肉，发现同样能使肌肉抽搐。他认为，这可能是由于
蛙腿肌肉本身含有一种像电鳗那样的“生物电”与莱顿瓶的放电相互感应的
结果。
伽伐尼把他的实验告诉了他的朋友、物理学家伏打 （1745—1827年），
伏打重复了这一实验，也得到了相同的结果。不过伏打认为，这并不是因为
动物体内含有“生物电”的原因，而是在于两种导体接触的结果。后来，伽
伐尼于1791年又发现，用两种不同的金属叉尖同时接触蛙腿，同样也能使它
抽搐。同年，伽伐尼提出了动物组织中含有“动物电”的论断。
伽伐尼不仅初步从实验上证实了“动物电”的存在，更重要的是，它导
致了电流的最初发现，直接推动了电学的发展，特别是导致了电化学的诞生，
而伏打即是电化学的伟大开拓者。
伏打是18世纪末19世纪初的杰出的实验电学家之一，1762年起，17
岁的他就开始致力于电学研究。1775年，他在格里凯起电机的基础上，发明
了一种新的起电盘，这种起电盘既可产生正电荷，也可产生负电荷，而且所
产生的电荷量要比格里凯起电机所产生的电荷量大。在实验电学研究中，伏
打试图发明一种新的电源，以便获得稳定的电荷。为此，他对各种金属与非
金属元素的电势进行了实验分析，于1792年发表了一个最早的各种不同的金
属的电势顺序表。
当伏打正致力于各种金属的电势的实验测定时，伽伐尼把自己的实验告
诉了他。1792—1796年间，伏打多次重复了伽伐尼实验，得到了与伽伐尼同
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样的结果。不过他认为，实验中所产生的电荷，并不在蛙腿肌肉本身，而在
于两种金属的接触。因为他在实验中发现，当两种金属接触时，若在两种金
属之间隔些溶液或湿物，也能产生微弱的电荷，这是伏打的一项重要发现，
他决定以此为基础，进行他多年来希望进行的发明一种稳定电源实验。
在最初的实验中，伏打用半碗半碗的盐水依次将一连串的金属连接起
来，他发现这种装置能产生一定的电流。正是在这种最初的实验中，伏打发
现了“锌—铅—锡—铁—铜—银—金”等各种主要金属的电势序列。后来，
他觉得这种装置很不方便，于是把各种金属做成一些小圆片，而金属中间的
间隔物则用一些同样形状的浸透盐水的厚纸片来代替，然后依次按照铜片、
纸片、锌片；铜片、纸片、锌片这样一组一组地叠起来。1800年，新的装置
制成了，当伏打把铜片的一端与锌片的一端用导线连接起来时，果然从中获
得了连续而稳定的电流。这就是伏打发明的第一个化学电源。后来，伏打为
了进一步提高他的电源的电量，他对他的电源作了一些新的改进，他将一块
铜板与一块锌板直接浸在盛有盐水溶液的溶器中，将作为正极的铜板与作为
负极的锌板用导线连接起来，同样得到了连续而稳定的电流。伏打最初把他
的这种电源称为“伽伐尼电池”，以纪念他的朋友伽伐尼。后来，人们为了
纪念伏打，把这种电池称为“伏打电池”或“伏打电堆”。
伏打电池是人类获得的第一个稳定的电源。伏打电池的发明，第一次把
化学转变为电能，从而揭示出了电学与化学之间的联系，推动了电学与化学
之间的相互渗透，并正式宣告了电学与化学的交互作用产生的一门新兴的边
缘学科——电化学的
