富兰克林是怎么捉电又是如何保存的？

富兰克林把云层的电收集在“瓶子里”，那个“瓶子”就是一个电容

莱顿瓶的发明与富兰克林的实验

莱顿瓶的发明是电学发展中十分重要的一步。莱顿瓶是由荷兰物理学家马森布洛克(p．V．musschenbrock，1696－1761)在1745－1746年间发明的。马森布洛克是荷兰莱顿人，故莱顿瓶因此而得名。

在那时候经常出现这种现象，即好不容易起得的电往往在空气中逐渐消失。为了寻找一种保存电的方法，马森布洛克试图使电能贮藏在装水的瓶个。他将一根铁棒用两根丝线悬挂在空中，用起电机与铁棒相连；再用一根铜钱从铁棒引出，浸在一个盛有水的玻璃瓶中，然后开始实验，他叫一助手一手握住玻璃瓶，马森布洛克在旁使劲摇动起电机(一个绕轴旋转的玻璃球，球与人的手掌摩擦，就带电了)。实验见图所示。这时，他的助手不小心另一只手碰到铁棒，他猛然感到一次强烈的打击．全身部颤抖了一下，不禁喊叫起来。于是马森布洛克与助手互换了一下，让助手摇起电机，他自己用右手托住水瓶子，并用另一只手去碰铁棒，这时他的手臂与身体也产生一种无法形容的恐怖感觉，“好象受了一次雷击那样”。他由此得出结论，把带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来。只是当时搞不清楚起保存电荷作用(按现在说法是蓄电作用)的究竟是瓶子，还是瓶子里的水?

不久，对莱顿瓶进行了改进，把玻璃瓶的内壁与外壁都用金属箔贴上。在莱顿瓶顶盖上插一根金属棒，它的上端连接一个金属球，它的下端通过金属链与内壁相连。这样莱顿瓶实际上是一个普通的电容器。若把它的外壁接地，而金属球连接到电荷源上，则在莱顿瓶的内壁与外壁之间会积聚起相当多的电荷。当莱顿瓶放电时可以通过相当大的电流。

莱顿瓶的发明，为科学界提供了一种贮存电的有效方法，为进一步深入研究电现象提供了一种新的强有力的手段，对电知识的传播与发展起了重要作用。

就在莱顿瓶发明的那一年，英国一名位叫考林森(P．Coullinson)的物理学家向远在美国费城的本杰明·富兰克林(B．Fanklin，1706－1790)邮寄了一只菜顿瓶，并在信中向他介绍了使用方法，这样莱顿瓶带来的电的知识很快传播到了北美。富兰克林对此极感兴趣，利用莱顿瓶作了一系列实验，并对莱顿瓶的功效进行了深入的分析。

富兰克林不仅是一位杰出的美国政治家，也是一位科学家。他出身于美国波士顿的一个蜡烛制造工的家庭，由于孩子多，父亲收入不高，生活相当贫寒，只念了二年书，就去当学徒，工作时间很长，但仍利用业余时间，刻苦自学。他自小热爱自然科学，然而在四十岁前，终日为生活奔波，没有时间进行科学研究，他在科学上的成就大多在四十岁以后取得的。多年来，不管工作如何繁忙，总是勤奋自学，他自学了意大利文、西班牙文等多种外语，广泛接受了多方面的知识，终于成为电学研究的先驱。

富兰克林用莱顿瓶做的第一个重要实验是发现了正电和负电以及电荷守恒定律。他让A、B两人分别站在绝缘的箱子上，A摩擦一支玻璃棒，然后让B用肘部接触这根玻璃棒，并让A、B分别与站在地上的第三个人C相互接触。结果发现A与C及B与C之间都有火花。这说明A、B两人都带电。重复这个实验，但让A、B带电之后，先相互接触，然后再与C接触，结果都没有火花。这说明A、B两人在相互接触后都不带电。为了解释这种现象，富兰克林提出了单元电液理论，他认为平衡时电液以一定的比例存在于物质之中。上述实验中，摩擦的作用使得A身上的某些电液转移到玻璃棒上，B与玻璃棒接触后又传到B身上，因此A缺少电液，而B多余电液；A与B相互接触，又使多余电液传回到A身上，从而又使A、B都带有正常数量的电液，既不多又不少，故不显电性。

在此基础上，提出了正电与负电的概念：认为缺少电液，就带负电，用“－”号表示；多余电液就是带正电，用“+”号表示。而且正负电荷可以相互抵消。在此之前，人们只能定性地讨论“玻璃电”(摩擦玻璃棒所得的电)和“琥珀电”(摩擦琥珀所得的电)，认为是两种电，而富兰克林把它们统一为一种电。他提出的正、负电，不仅仅是符号上的改变，而且为定量研究电现象提供了一个基础，使得人们第一次有可能用数学来表示带电现象。

富兰克林还认为摩擦之所以起电，只能使电液从一个物体转移到另一个物体，“电不因摩擦而生，只是从摩擦者转移到了玻璃棒，摩擦者失去的电与玻璃棒获得的电严格相同”。这就是通常所说的电荷守恒原理。富兰克林的理论足以解择当时人们已知的绝大多数静电现象。不过从现代观点看，所谓电液当然是不存在的，用它来解释电现象也是不正确的，但尽管如此，正、负电的概念和电荷守恒的原理至今仍为正确，一直延用至今。

富兰克林的另一项重大实验就是证明了雷电与摩擦电本质是一致的，从而彻底破除了人们对雷电的迷信。长期来由于雷电的破坏性很大，人们都有一种恐惧的心里，宗教为愚弄人民，说“雷电”是“上帝之火”，是天神发怒的结果。富兰克林却不相信这种说法，一直在思考着雷电的电与摩擦电本质上是否一样，有什么区别。有一天为加大容量，将几只莱顿瓶联起来作实验，当实验正在进行肘，他的夫人丽达进来观看，一不小心碰例了莱顿瓶，突然闪过一团电火，随着一声轰响，丽达被电击倒在地，不省人事，经抢救脱险，在家整整躺了一个星期。这起事故给富兰克林留下了特别深刻的印象尤其是那伴随着轰鸣声的电火，使他联想起暴风雨中的雷电不也是电光闪闪，轰声隆隆吗?因此他觉得很有必要将雷电捉下来研究。于是在1752年7月一个雷雨天作了著名的费城实验，企图把天电捉下来看看。富兰克林用绸子作了一个大风筝，风答顶上安上一根尖细的铁丝，用来捉电，并用麻绳与这铁丝联起来，麻绳的末端拴了一根铜钥匙，钥匙塞在莱顿瓶中间。他和他的儿子一起将风筝放到天空中，这时一阵雷电打下来，富兰克林顿时感到一阵电麻，于是他起紧用丝绸手帕把手里的麻绳包起来，继续捉天电当他用另一只手去靠近系在麻绳上的铜钥匙，蓝白色的火花向他手上击来，这时麻绳上松散的毛毛头向四周竖立起来，天电终于捉下来了。富兰克林用这种方法使莱顿瓶充电，发现这种天电同样可以点燃酒精灯，也可以做用摩擦过的玻璃棒所做的其他许多电的实验，从而证明天电与地电的一致性。

富兰克林的实验有很大的危险性，他之所以末出人身事故，完全是一种侥幸。当富兰克林的实验传到俄国彼得堡后，俄国科学院院士利赫曼教授及其学生罗蒙诺素夫也研究了这个实验，对雷电现象作了大量的研究。他们设计制作了一个装有金属尖杆的“检雷器”，想测定云中有没有电。1753年夏天，利赫曼教授在实验室作实验时，看到雷雨欲来，便匆匆回家，准备观察仪器的指针有什么变化，不料一个劈雷突然打下来，击倒了利赫曼教授，待罗蒙诺索夫闻讯赶来时，利赫曼教授已为人类的科学事业贡献了自己的生命。因此人类在攀登科学高峰的过程中，需要付出艰辛的劳动，甚至为之献出生命。

在弄清了雷电的本质后，富兰克林就提出了用避雷针来保护建筑物的建议，1754年首先在普兰梯兹城安装了避雷针。有人问他，你怎么想到尖端能削弱雷电？他回答：从各个方面看到雷电酷似静电放电如它们的颜色、扭扭曲曲的放电路径、声音、危害性等，把这两者统一起来是合情合理的，因此提出用一个矗立的尖端去吸引雷电的主张。

避雷针的发明是电学理论的第一个实际应用，它反过来又促进了电学的研究。

富兰克林运气好，要不早就被雷霹死了。