富兰克林的风筝实验中的秘密

Posted 2022-12-28 卓晴

• Ben Franklin DID fly a Kite in a Storm But Wasnt the First to Prove Lightning is Electric
• 闪电的驯服者：电学的历史

 

01 放电风筝

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一、前言

  富兰克林的确在雷电交加的大雨天放飞过风筝，但命运之神并没有让他遭受天庭之怒，当然他也不是电的发现者。实际上他甚至并不是第一个通过实验来证明打闪是放电现象的人。早在富兰克林风筝实验的前一个月就被另外一个法国人做了这个实验。这位一根筋的法国人这么作死只是为了争一口气来羞辱他的对手。

  你说什么？这个雷电实验如何能够让对手低头呢？而又为什么能够逃脱雷电的打击呢？为何富兰克林的放风筝实验这么有名气，而法国人戴利巴特的的帐篷测试却鲜有人知呢？ Kathy老师在回答这些问题的同时也会告诉你避雷针的发明、雷击死亡以及法国人的实验是如何帮助美国佬赢得国内革命胜利的。

二、神学与科学的争论

  这个故事涉及到在法国长时期存在于 珍·安托万·诺莱修道士和另外一个人，他的名字叫…，注意，他的名字不太好读，乔治斯-路易斯·莱克拉克点·孔特·德·布冯。诺莱修道士是一位学校年长的神学家，在法国修道士被称为 Abbe。 他的电击实验远近闻名，为了将莱顿瓶引入法国，他被一群启蒙哲学家惹恼了，为啥呢？ 只因这些哲学家倡导宗教自由运动，宣传无神论学说，这是要砸诺莱饭碗的节奏。

▲ 图1.1.2 珍·安托万·诺莱与乔治斯-路易斯·莱克拉客·德·布冯

  布冯就是启蒙运动的一位领导者，此外还有伏尔泰和黛德丽。布冯是一位自然学家，研究植物和动物，在自然历史方面写了36本系列丛书，欧洲每位受教育的人都阅读过布冯的书籍。正如你所料，诺莱和他的宗教朋友们讨厌布冯的书籍，说他们叛逆，倡导无神论，推崇物质主义、享乐主义以及坏的科学。

三、富兰克林的书籍

  这就涉及到富兰克林了。富兰克林决定让他的法国朋友将他的关于电的信件出版成书。书中富兰克林讲述了一些至今我们依然相信的激进思想，例如所有的物质都包含有电荷，你摩擦物体并不是创造电，仅仅是移动了电荷，他将这些电分为正电荷与负电荷。这个观点与之前诺莱所创建非常流行的理论相左，诺莱认为摩擦玻璃就创造了玻璃电，摩擦蜡制物品则创造了蜡漆电。所以富兰克林有先见之明的认为诺莱对于他提出的新思想不会接受的。于是狡猾的将他的书没有送给诺莱，而是送给了他的对手布冯。请注意当时在法国诺莱是电学方面的一流专家。

▲ 图1.1.2 布冯的系列自然书籍中的动物书籍

  布冯收到富兰克林寄送过来的书高兴坏了。虽然当时他感兴趣的研究领域并不包含着电学，但对于能够用于修理自己对手的学说他还是愿意下血本的。于是他请自己的朋友 汤姆斯·达利巴将富兰克林的书翻译成法语， 你知道达利巴也是一位自然学家，对于电学也是一窍不通的，于是他聘请了一位电学演示人员给国王展示富兰克林书中的实验。

  作为电学方面的专家，诺莱对此非常愤怒。他评论到，布冯先生只是推销他的生意，他自己深藏不漏是因为他对电学一窍不通，因此聘请了一个小贩来替他照料所有的生意。甚至诺莱认为富兰克林这个人也不存在，只是他的对手为了攻击他捏造的一个虚假人设。

  当时的国王路易斯十五对于来自于美国费城的实验感到很震撼，达利巴和布冯见状也很高兴，想方设法从富兰克林的书中看看是否可以找出其它可以用于表演的实验。最后他们决定对富兰克林提到的闪电小房子进行测试。

▲ 图1.1.3 法国国王路易十五

  在书中富兰克林说他认为闪电与在实验室中的电火花是一回事，于是他假象了一个测试实验，被称为哨兵小房子，或者卫兵驻所实验来证实闪电云层中是带电的。将小房间外边有一个很高的金属杆子，通过锁链与房子相连，房子竖立在一块绝缘材料上面与大地隔离。当天空中带有电的云层飘过时，金属杆子中的电荷由于静电感应会产生移动，也就是隔空感应起电，此时人可以从连接杆子的锁链上得到花火放电。

四、法国雷电小屋实验

  富兰克林原打算是利用修道院中尖塔上来安装这个金属杆子，但这个施工过程比较缓慢，所以他实际上并没有实施个实验。这一次该轮到法国的达利巴来做这个实验了。实验地点位于巴黎15公里远的乡村，乡村名字叫 玛丽拉小镇。为了避雨他在房子周围空地上搭建了一个帐篷，将金属杆子从帐篷里伸出来。金属杆子下面固定在绝缘的木板上。

  实验开始于1752年5月10日下午两点，那一天是星期三。一场暴风雨光顾了玛丽拉小镇。幸运的是此时达利巴正在巴黎城里，但他让一位复员军人留在帐篷里来观察，结果获得了一连串来自于金属杆的电火花。甚至当地的神父也跑来凑热闹，神父也能够获得相同的电火花。

▲ 图1.1.4 达利巴的雷电 实验

  达利巴于是向法国科学院写信，说实验结果毫无争议的证明了打闪与放电是一回事，这个源自于富兰克林的猜想现在被证明是事实了。

  诺雷对此表示反对，认为这个实验需要有有资质的电学专家来进行验证。于是他向全欧洲的物理学家发出挑战，来重新复现这个实验。但最终包括诺莱在内的所有人都垂头丧气的看到了布冯相同的漂亮结果。

  由于做这个实验主要目的是为了羞辱诺莱，而不是为了理解天上电是怎么回事，所以每一次布冯他们成功的演示了闪电的放电效应，他们都称这是富兰克林思想以及费城实验的辉煌胜利。

▲ 图1.1.5 富兰克林称为巴黎中备受敬慕的人

  很快富兰克林称为巴黎社会中备受敬慕的人。所以当富兰克林前往法国索要美国革命所需要的经费和枪炮等战争物资的时候，他的到来嫣然是一位超级明星与粉丝们的见面会。

  经过这次前无古人的羞辱对手的实验之后，布冯重新回归他的自然学方面的研究，从此再也不涉猎与电学相关的研究。实验过程中可怜的达利巴没少遭受电击的痛苦，所以后来也放弃了对电的研究。由于他经常与富兰克林写信，也帮助富兰克林获得了美国革命战争所需要的战争物资，所以他成为富兰克林的好朋友。

五、富兰克林的风筝实验

  当富兰克林听到他的费城哨兵小屋闪电实验在法国取得成功的同时，他也采用了更加容易的方式获得了相同的成功，这就是著名的富兰克林风筝实验。富兰克林使用丝绸制作了这个风筝，顶部固定了尖端铁丝。他于是使用了绳子和电线一头固定在风筝上，一头连接一个金属钥匙。 最后一段他使用丝线连接钥匙和他的手。即使外边下着瓢泼大雨，站在门洞里或者走廊上也可以保持丝线干燥，所以不会有电传导到牵风筝的人身上。就像前面的实验一样，在过程中并没有闪电击中风筝，它是利用了云层静电对风筝上的导线进行感应来引发放电。

▲ 图1.1.6 富兰克林放飞风筝

  实验中，富兰克林发现云层下带电的风筝使得终端的钥匙与手指关节之间产生了大量的放电火花，这也充分显示了云层中的闪电与普通静电是一回事。

  对此很多人都错误地认为富兰克林的风筝在风暴天气中被闪电击中后才观察到钥匙上的电火花，但实际上整个实验过程中风筝都没有遭受过任何雷击。正因为这个原因，这也导致非常非常多的人认为富兰克林压根就没有在下雨天做过这个风筝实验。

  如果这个实验是虚假的，那也很奇怪。首先富兰克林从来没有否认过他的风筝实验是晚于法国小屋雷电实验；其次富兰克林在科学上也没有诚信问题，对待试验总是严肃认真，诚实可靠的。对于风筝实验如此刺痛公众神经他也没有料到。

▲ 图1.1.7 做实验中的富兰克林

  你在风暴中很容易放飞风筝，并不意味着其中不会有危险。实际上在随后的一年中，一位圣·彼得斯堡的男子在筹划哨兵小屋雷电实验中不幸被雷电击中而去世。所以富兰克林在他的实验中存活下来非常幸运。

六、避雷针

  实际上你可以在有闪电云彩下面的铁棒上看到电火花， 这个事实让包括本杰明·富兰克林在内的很多人都错误的认为是雨滴把云层中的电带到了地上，所以他们认为如果将一个铁棒直接插入大地，可以在第一时间阻止雷击的发生。他们也正确的发现如果闪电击中了铁棒，电也会顺利的流入大地，从而避免了更大的麻烦发生，富兰克林称被雷击中是遇到了大麻烦。由此避雷针就诞生了。

▲ 图1.1.9 建筑物上的避雷针

  现如今这个在建筑物上直刺天空的金属棒，经过电线连接在大地中的金属网，还在时时刻刻的保护着我们。但这个装置在18世纪中期的时候会令人感到不安和恐惧。为啥呢？这里面的奇怪故事，下一次我们接着聊。