电力工作原理


静电学与库仑定律
莱登瓶图示
莱登瓶图示

即使他们没有完全理解,古代人知道电。米利都的泰利斯,希腊哲学家,被称为传说中的七位智者之一,可能是第一个研究电的人,大约公元前600年。把琥珀——变成化石的树树脂——和皮毛摩擦,他能吸引灰尘,羽毛和其他轻质物体。这是第一次静电学,静电学研究固定电荷或静电的学科。事实上,“电”这个词来自希腊语。埃莱克特朗,这意味着琥珀色。

实验要到17世纪才能继续。那是威廉·吉尔伯特,一位英国医生和业余科学家,开始学习磁性还有静电。他重复了对米利都泰利斯的研究,把物体摩擦在一起,摩擦充电。当一个物体吸引或排斥另一个物体时,他创造了“电动”这个词来描述工作中的力。他说这些力的产生是因为摩擦作用去除了液体,或“幽默”,来自其中一个物体,留下“恶臭”或大气,在它周围。

这个概念——电作为一种流体存在——一直延续到18世纪。1729,英国科学家斯蒂芬·格雷观察到某些材料,比如丝绸,没有导电。他解释说,吉尔伯特描述的神秘液体可以穿过物体,也可以被阻碍旅行。科学家们甚至制造了罐子来盛装这种液体并研究其效果。荷兰乐器制造商伊瓦尔德·冯·克莱斯特和彼得·范·穆申布洛克创造了现在被称为莱登瓶,一个装有水和钉子的玻璃罐,可以储存电荷。穆申布洛克第一次使用这个罐子,他受到了巨大的震动。

到18世纪后期,科学界开始更清楚地了解电的工作原理。本杰明富兰克林1752年进行了著名的风筝实验,证明闪电是电性的。他还提出了这样的观点:电流有正负两种元素,电流从正负向流动。大约30年后,一位名叫查尔斯·奥古斯丁·德·库仑的法国科学家进行了几次实验,以确定影响电力的变量。他的工作导致库仑定律,它指出,同性电荷相斥,异性电荷相吸,力与电荷的乘积成正比,与电荷之间距离的平方成反比。

库仑定律使得计算任何两个带电物体之间的静电力成为可能,但它没有揭示这些电荷的基本性质。正负电荷的来源是什么?我们将在下一节中看到,科学家们在19世纪就能够回答这个问题。

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