另一类似的流体说,或者说敌对的两流体说,引导了电的现象的研究者前进。要解释由于摩擦而带电的两个物体为什么彼此相引或相斥,可以假定电是与热相似的一种物质,是一种可加减的量。但在电的早期历史中,我们清楚地认识到有两种不同而且相反的电。玻璃与丝摩擦所生的电,可被硬橡胶与毛皮摩擦所生的电中和。为了解释这些结果,流体说假设有两种性质相反的流体或者有一种流体,它在比常量多或少时,就引起带电的状态。我们现在还在使用正电、负电等适合于单流质说的许多术语,虽然我们已经知道电不是连续的流体而是微粒的结构,这是我们在后面要说明的。当人们用起电机产生出比较大量的电,再贮蓄在来顿瓶(一个内外都贴上锡箔的玻璃瓶)一类电容器中的时候,就给实验带来很大方便。格雷(Stephen
Gray,1729年)、杜费伊(du
Fay,1733年)与普利斯特列(Priestley,1767年)首先分清了导电体与绝缘体,这两术语则是德扎古利埃(Desaguliers,1740年)所定出的。
人们一注意到电瓶放电的火花与声响,也就马上认识到它们与雷电相似,因而也就疑心这两种现象性质一样。怎样才能证明两行性质相同呢?怎样才能使天上的雷公服从物理学定律呢?富兰克休(Benjamin
Franklin,1706-1790年)对这个问题似乎入了迷。他留下的许多信札里都描绘了不少来顿瓶放电的实验,并提到天电有熔化金属、撕破物质等效应。
在带电体尖端的放电作用的启发下,达利巴德(d’Alibard)与其他法国人产生了把闪电传导下来的念头。1752年,他们在马里地方装置了一根高40尺的铁竿,要“决定带有闪电的云是否带电的问题”。当电云在竿上经过时,竿下端即发生火花。这个实验在其他国家也重复做过,而且完全成功——事实上,圣彼得堡的里曼(Riehmann)教授竟因为在屋上装置铁竿引导雷电而当场被击毙!同时富兰克林则用风筝安全地进行了同样的实验。
在风筝主杆的顶端装上一根很尖的铁丝,约比风筝的木架高出一尺余。在麻绳的下端与手接近之处系上一根丝带,丝带与麻绳连接之处可系一把钥匙。当雷雨要来的时候,把风筝放出,执绳的人必须站在门或窗内,或在什么遮蔽下,免使丝带潮湿;同时须注意不让麻绳碰到门或窗的格子。雷云一经过风筝的上空,尖的铁丝就可从雷云吸引电火,使风筝和整根麻绳带电,麻绳另一端的纤维都向四周张开,若将手指接近,就会被其吸引。当风筝与麻绳都被雨湿,而能自由传导电火时,你若将手指接近,便会看见大量的电由钥匙流出。从这把钥匙那里可以给小瓶蓄电;由此得来的电火可使酒精燃烧,并用来进行别的有关电的实验;而这些实验平常是靠摩擦小球或小管来做的,这样就完全证明这种电的物质和天空的闪电是同样的。
十八世纪时,人们进行了许多次加热于电气石等矿石与晶体而生电的实验,而且电鳗一类电鱼能给人以麻痹性打击的现象,也再度引起人们的注意。有人考察了它们的电器官,弄清它们给予人的打击的确是由于电的现象所致。
电力和磁力的研究开始于十八世纪末年。米歇尔和法国军事工程师库仑(Coulomb)先后在1750年左右和1784年发明了所谓扭秤,即一条轻的水平铁片,在中点上系上一根长铁丝,挂在一个玻璃匣内。库仑把一个带电的球放在铁片的一端,再拿一个带电的球与它接近,这铁片即会扭转。他又拿一块磁铁换替铁片,再用另一磁铁和它接近也可使磁铁的一极扭转。他用这个方法发现电力和磁力都随着距离平方的增加而减少,证明这些力量和牛顿证明的引力有同样的关系。他还发现电力与电荷量成正比,因而可以用电力来量度电荷。这个有关电力的定律还先后由普利斯特列和卡文迪什用另外的方法发现过。他们用实验证明任何形状的闭合带电导体里面都没有电力,所以球体内也没有电。牛顿过去用数学方法证明,如果平方反比的定律有效,一个由具有引力的物质构成的均匀球壳对于其内部的一个物体没有力的作用,而且任何别的力的定律都不会有这个结果;同样的研究也适用于电力。
力的定律既然成立,数学家就把静电学的课题拿过去,导出一系列周密的关系,在可以与观察结果比较的情况下,都证明与观察结果完全符合。导体表面电荷的分布,导体附近的电力与电位,导体与绝缘体的各种排列的电容量等,在高斯、珀松与格林的巧妙的手中,都证明可以用数学方法处理。
电是一种无重量、不可压缩的流体的学说和电是一个确定的量的观念是一致的,虽然在研究上并不是必不可少的,事实上却提出一个便于说明和研究这些现象的方便的画面。
更有历史意义的是人们的注意转向电力。与引力相同,电似乎也越过空间而作用于远处。数学家看来这不需要进一步的解释,但物理学家很快就开始推测这个空间的性质。因为这个空间竟然能传播两种表面上不同的力。我们以后会知道,这就引起了现今叫做“场物理学”的现代理论。
单位
重量与度量单位繁多,人们过去就感到十分不方便,至今仍然如此。法国人首先创立了合逻辑的、方便的十进制来代替这些繁多的单位。1791年,法国国民议会接受了一份专门委员会的报告,1799年完成了必需的量度标准,并决定采用;1812年决定自由使用,1820年强迫施行。
长度的基本单位是米,原来定为通过巴黎的地球经圈一象限的一千万分之一。但实际上,一米的长是等于摄氏零度时某一条金属棒两点间的距离。后来大地测量的精确度增高,知道米长并不恰好等于地球的经圈的一个象限的若干整分,但不加以改正。容量的单位是立特或升,应当是每边一分米(1/10米)的立方体,但以其不易量度,1901年规定为一公斤(千克)的纯水在一大气压及摄氏四度(在这温度下水的密度最大)下的容积。
第85章