富蘭克林和風箏實驗

富蘭克林(BenjaminFranklin，1706－1790)，美國科學家、發明家、政治家和社會活動家。他首先將兩種電荷定名為正電和負電；提出單流體說；提出電荷守恆原理；做了著名的費城風箏實驗，統一了天電和地電；發明了避雷針。

富蘭克林於

1706年1月17日出生在美國馬薩諸塞州波士頓市。他的父母都是英國移民，以製造蠟燭和肥皂為業。8歲時，富蘭克林被送進學校，學習成績優良。但是，由於他的兄弟姊妹眾多(共10個，他排第八)，父母收入不多，生活非常貧寒，10歲時便輟學了，從此再也沒進學校學習過。

雖然富蘭克林離開了學校，但他從沒有放棄學習知識的機會，靠艱苦的自學，成為一名知識淵博的人。富蘭克林在他父親的蠟燭肥皂店裡工作了兩年。他整天做剪燭芯、灌燭模、製肥皂、守店鋪、打雜跑街等繁重的工作。但是，不管怎樣勞累，工作之餘都要抓緊時間自學，把他父親的大部分藏書都讀了一遍，並把自己所得的錢都花在買書上。父親看他那麼喜歡書，便把富蘭克林送到他當印刷所老板的哥哥處做學徒工。年僅12歲的富蘭克林就跟哥哥簽訂合同，規定學印刷手藝直到21歲。在這9年的學徒期間，除供給膳宿和衣服外，沒有其他報酬，到最後一年，才能得到普通工人的最低工資。

富蘭克林用了很短的時間就掌握了一定的印刷技術，成為哥哥的得力助手。

那時，他認識了幾何書店的學徒和一些藏書愛好者，便晚間向人借書，徹夜閱讀，第二天一早就送還。人家知道他借書還得快，而且很愛護書，都喜歡借書給他。

他讀的書很雜，從政論文、文學評論、散文，到算術、幾何、英文文法等。14歲時，他開始練習寫作，並有多篇文章在報上發表。

1723年，17歲的富蘭克林忍受不了哥哥對他經常的吹毛求疵和故意挑剔，獨自一人到費城謀生，並在一家印刷所裡當上了正式的印刷工人。第二年，他又漂洋過海到倫敦闖蕩，並結交了一些有名的人物。1726年10月，富蘭克林在好友的邀請下又回到費城，重操印刷舊業。後來他在自傳裡對倫敦的這段生活做了簡要的總結：

「我就這樣在倫敦大約住了18個月，大部分時間都辛勤地工作，除看戲和讀書外，很少把時間花在自己身上…我結識了一些聰明智慧的人，跟他們交談使我受益匪淺，並且我還讀了許多書。」1727年，富蘭克林同幾位好友共同創辦了一個青年組織─「共進社」，幫助普通人進行自學。這個活動引起青年們的極大興趣，其他城市的青年人也相繼建立了類似的組織，它存在幾乎達40年之久。幾年後，富蘭克林創辦了自己的報紙─《賓夕法尼亞報》。他精心編排，親自撰文，所寫的文章很受歡迎，再加上印刷精美，很快就在讀者中樹立了良好的形象。這張報紙不但使他的個人聲望大大提高，而且為他帶來了可觀的利潤。

1733年，富蘭克林開始學習外語。他先後學會了法語、意大利語和西班牙語，這對他以後搞科學研究和從事外交活動都大有裨益。

1743年，他在費城創建了美國第一個科學團體「北美增進有用知識哲學會」，後來這個哲學會發展成為美國的首批大學之一─賓夕法尼亞大學。

從1746年，40歲的富蘭克林對科學研究產生了濃厚的興趣。他涉獵的領域十分廣泛，如氣象學、生物學、地質學、化學、農學和數學等方面，而且都取得了不少成就。當然，最大的成就是在電學研究中取得的。他總結出電荷有兩類，正電和負電，並分別用「+」和「-」來表示。他的這一重大發現，為定量研究電荷的性質打下了堅實的基礎。

1788年，法國科學家庫侖發現電荷間相互作用力的著名的「庫侖定律」，就是從這一概念出發的。富蘭克林進一步提出，電荷不能創生，也不能消滅，只能從一個物體轉移到另一個物體，他說：

「電不因摩擦玻璃管而創生，而只是從摩擦者轉移到了玻璃管，摩擦者失去的電和玻璃管獲得的電嚴格相同。」他的這段話，實際上就是提出了電荷守恆原理。

他還提出了「單流體」假說來解釋電的本性問題。雖然他的解釋並不完善，但他的理論還是給人們以有益的啟示。富蘭克林最精彩的傑作是1752年做的風箏實驗，他冒著生命危險揭開了雷電現象的神秘面紗，證明天電和地電是一樣的。

由於在科學研究上的辛勤勞動和輝煌成就，1753年英國皇家學會授予富蘭克林科普利獎章。1754年他同時獲得哈佛大學和耶魯大學授予他的榮譽碩士學位，他為自己「這樣沒有上過大學的人分享了大學裡的榮譽」感到萬分榮幸。英國的愛丁堡大學、聖安德魯大學和牛津大學都先後贈給他博士學位。1756年當選為英國皇家學會會員，1769年當選為美利堅哲學會會長，一直連任到他去世之日，1772年還當選為法蘭西科學院的外國院士。

富蘭克林之所以成為多方面發展的卓越的科學家，主要是由於他一貫堅持勤奮自學和刻苦鑽研。同時，長期的勞動實踐也為他提供了豐富的經驗。在美國獨立戰爭期間，富蘭克林積極參加反英鬥爭，並於1776年參加起草《獨立宣言》。1776年一1785年出使法國，促成1778年法美同盟的締結。

1787年5月到9月，美國在費城召開了制憲會議，制定美國憲法。81歲高齡的富蘭克林雖然已經手足麻痹，身心不適，但他仍被選為制憲會議代表，參加起草了美國的憲法。他極力主張廢除農奴制度，為解放黑奴做出了很大貢獻。1790年4月17日，富蘭克林在費城與世長辭，享年84歲。出殯的那天，2萬多人為他送葬，表達了人們對這位偉人的崇敬和愛戴。為了紀念富蘭克林為電學發展做出的貢獻，後人將釐米‧克‧秒制靜電系電量的單位定名為「富蘭克林」，1富蘭克林=10/c庫侖(c為光速)。

1745年，荷蘭萊頓大學的物理學教授馬森希羅克發明了萊頓瓶，使摩擦生成的電可以被儲存起來，這在歐洲引起了巨大的轟動，不久便傳到了美洲。40歲的富蘭克林在波士頓看到一位英國學者用萊頓瓶做的實驗，深深地被吸引住了。他寫信給在英國倫敦的友人，不久就得到朋友贈送的一只萊頓瓶，便開始了對電現象的研究。

在富蘭克林之前，人們對天上的雷電有一種恐懼感和神秘感，甚至許多人認為雷電是上帝發怒時而發出的吼聲。富蘭克林在用萊頓瓶做實驗的過程中，面對著電火花的閃光和劈啪聲，總是禁不住與天空的電閃雷鳴聯繫起來。他比較了雷電和萊頓瓶放電，發現它們有許多共同之處：

它們都發出相同的光色，有鋸齒般的形狀，能被金屬、水或冰傳導，能點燃易燃物，殺死動物，熔化金屬，破壞磁性。有一次，他將幾個萊頓瓶連接起來，準備用強電擊殺一隻火雞，不料，實驗還未開始，他自己先碰到了萊頓瓶，結果當場被擊昏過去。等他醒來之後，不失詼諧地說了一句：

「好傢伙，我本想電死一隻火雞，結果差一點電死一個傻瓜。」儘管電學實驗很危險，富蘭克林還是決定捕捉天電。

怎樣捕捉天電呢？萊頓瓶是很合適的，因為它能儲存電。問題是怎樣能將天電引到萊頓瓶呢？用竹竿顯然架不了多高，即使架在建築物上，比起高高的天空也是太低矮了。富蘭克林冥思苦想多日。突然，他的眼睛一亮，何不用風箏來引天電呢！於是，他和兒子威廉一起用兩根很輕的杉木做成一個十字架，然後把一塊絲綢的四個角扎在十字架的末端，這樣就做成了一個大風箏。然後把一根很細的鐵絲固定在十字架的直木條的頂上，使鐵絲超出木架約20釐米，這樣可以更好地引下天空中的電。鐵絲末端與放風箏的絲線相連。1752年7月的一天，美國費城的上空陰雲密布。富蘭克林知道，盼望多日的暴風雨就要來了。他喊上兒子威廉，拿止大風箏，包好萊頓瓶，跑到了離家不遠的田野上。強風托著風箏扶搖直上，轉眼就飛入雲霄。隨著一陣電閃雷鳴，大輛傾盆而下。不一會兒，富蘭克林父子倆的外衣便被淋濕後已經成為導線。為了防止將電引到自己身上，富蘭克林用一塊乾綢巾包住拉風箏線的手，並且在風箏線上掛上一把銅鑰匙準備引電用。

風箏穿進帶有雷電的雲層，閃電在風箏上閃爍，雷聲隆隆。這時，富蘭克林發現絲線上的毛毛頭全都豎立了起來，他斷定整個風箏帶電了。當他感到扣風箏線的手有些麻木的感覺時，就把另一隻手的手指靠近銅鑰匙，頃刻之間，鑰匙上射出一串串火花。

「哎喲!」富蘭克林叫喊了一聲，趕緊將手指抽回，無限的歡樂也像電流一樣傳遍他的全身。他喊起來：

「威廉，我受到電擊了!我們捕捉到了天電!」他顧不得危險，讓兒子拿出來萊頓瓶，將銅鑰匙栘近萊頓瓶的金屬球，直接給萊頓瓶充了電。就這樣，過去神秘而可怕的天電被富蘭克林裝進了瓶子。

事後，富蘭克林用收集起來的天電做了一系列實驗，結果證明它的性質與用起電機產生的電完全相同，天電只不過是劇烈的放電而已。

應該指出的是，富蘭克林的風箏實驗是很危險的，那次他沒有出現意外，完全是僥倖。在富蘭克林實驗後的第二年，一個叫李赫曼的俄國人也學著富蘭克林作這個實驗，結果當場被電死了。

弄清了天電的性質，富蘭克林想起他平時用萊頓瓶做實驗時，發現尖端更易放電的現象。他馬上想到利用尖端放電原理將天空威力巨大的雷電引入地面，以避免建築物遭雷擊。

1760年，富蘭克林在費城一座大樓上樹起了一根避雷針，效果十分顯著。

費城各地競相仿效，到1782年，全城已裝了400根避雷針。教會起先反對裝避雷針，說雷電是神表示的憤怒，不允許人們干涉它們的破壞力。但教會的反對並起不了多大的作用，人們還是相信科學。據說過了100年，費城蓋了一座教堂，教會也害怕遭雷擊，去請教大發明家愛迪生要不要裝避雷針，愛迪生不無諷刺地說：

「雷電也有疏忽大意的時候，你們說要不要裝？」結果該教堂還是裝上了由富蘭克林發明的避雷針。

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