富兰克林的风筝实验与避雷针的发明

莱顿瓶放电时能够击死小鸟、老鼠等小动物,雷电时可以击死人、畜等。所以,有人推测放电电火花与天空中的闪电可能具有相同的性质。富兰克林对此作了深入的研究。在1749年11月7日的笔记中,他记下了放电与闪电的一致:"1.发光;2.光的颜色;3.弯曲的方向;4.快速运动;5.被金属传导;6.在爆发时发出霹雳声或噪声;7.在水中或冰里存在;8.劈裂所通过的物体;9.杀死动物;10.熔化金属;11.使易燃物着火;12.含硫磺气味。"摩擦产生的电与雷电竟然有这么多的特性是相同的!他开始酝酿一个大胆的实验,即制作一根长20英尺~30英尺顶端削尖的铁竿,把云中的电引下来。他认为,这项实验如能成功,那么采用相同的方法,就"可以给人类用于保护房屋、教堂、船舶等等免除闪电的轰击。

"但是,这个想法没有得到英国皇家学会的支持。后来,富兰克林想,铁竿的高度总是有限的,怎样才能把铁竿伸入到云层中去呢?他想起了儿童时代玩过的风筝,于是,他用杉木搭成一个十字架,蒙上一块丝绸手帕,做成了一个风筝。它能够经受风吹雨打而不撕裂,他还在风筝上加了一根1英尺长的尖细的金属丝。在系风筝的粗麻线靠近手的一端,加上了一条丝带(非导体),接头处系上一把钥匙。1752年6月的一个雷雨天,他和儿子一起把这个负有特殊使命的风筝放了出去。麻线被雨淋湿后,纤维挺立起来。当他用手指节靠近钥匙时,打出了电火花,手感到发麻。而后,他又用这把钥匙为莱顿瓶充了电。发现雷电与摩擦电具有相同的性质。这项实验破除了雷电是"上帝之火"的神话。一系列的实验表明,大多数云层带的是负电,所以雷击时"绝大多数是大地的电穿进云层,而不是云层的电落向大地"。到处都在重复雷电实验,彼得堡科学院院士利赫曼(1711~1753)在得知富兰克林的实验后也决。已投入征服雷电的研究,他不放过每一次暴风雨,1753年7月26日,他在彼得堡科学院会议上听见一声巨雷后连忙赶回家去,因未检查接地设备是否有效,而献出了生命。他的牺牲提醒电学家:人们不能再这样死去。

风筝实验的直接结果是避雷针的出现。早在1749年和1750年,富兰克林就提出过避雷针的设想,认为尖导体既能释放或吸收物体上的电,也能释放或吸收云层中的电。他建议将上端尖锐的防锈铁杆装在房屋高处直通地里,或装在船的桅杆顶再抛入水中,"在云层将要产生电击的千钧一发之际,静悄悄地把电从云中吸走,因而使我们免受最突然、最骇人的悲剧。"

在风筝实验的那年夏天,他在铁棒与建筑物之间用绝缘体隔开,并称这种装置为"避雷针",试用良好。捷克牧师狄维斯(P.DiviSCh)在1745年首先设计出避雷针。费城一些高大建筑物因装上这种避雷针而安然无恙,在欧洲特别是法国也开始流行。