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举个栗子:富兰克林风筝引雷的故事是真的吗?

日报 举个栗子 3年前 (2017-11-13) 523次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:富兰克林风筝引雷的故事是真的吗?

富兰克林无疑是个传奇人物,带电风筝的故事是他的经典传说之一,很多美国人深信不疑。这个故事也出现在国内的语文课本里。

富兰克林是第一个提出用实验来证明天空中的闪电就是电的的科学家,但缺乏充足的证据表明他做过风筝试验。尽管对于富兰克林是否做过风筝实验存在争议,但是有一点可以肯定的是,富兰克林即使做过风筝实验,也肯定不会和传说中的一模一样。

云层上的电荷聚集越来越多,和地面之间形成的电压越来越大,最后它们击穿十几千米厚的空气,形成一条到达地面的导电通道,释放巨大的能量,这就产生了雷电。如果这条通道正好途经某个人的身体,放电电流会很大,这么大的电流流过受害者的躯体,首先伤害的是受害者的大脑和心脏,雷电流也会致使呼吸系统麻痹而停止呼吸,从而致人丧命。此外,雷电流的极大的机械效应足以撕裂受害者的皮肤和肌肉,而强烈的热效应也足以烧焦受害者的躯体。这种雷击事故称为“直接雷击”。遭受直接雷击的人十有八九会死亡,即使没有死亡也会重度受伤。

如果这条导电通道没有直接通过人体,相隔一段距离,比如击中了附近的一棵树,人体仍然有可能因为感应的电流而触电,称为“感应雷击”。感应雷击有时会比较弱,被击中者无大碍,受雷击大难不死的人大多数是这种情况。

如果按照故事中的情节,风筝被雷电击中,雷电电流顺着风筝线一直到钥匙,富兰克林的手指与钥匙之间距离很近,而且之间产生了明亮火花。富兰克林这样直接被雷击击中,绝不可能安然无恙。

著名科学节目《流言终结者》探究过这个流言。他们试图证明三件事:1、风筝能否吸引电流,并且通过长长的风筝线传递到钥匙;2、流入钥匙的电流量是否足以电到富兰克林的手指;3、那股电流是否足以让放风筝者心跳停止。

实验者模仿 18 世纪时使用的材料制作了一个大风筝和木板棚架。把风筝在天气晴朗的海滩上放飞,在飘扬的海风中,虽然完全没有电闪雷鸣,但空气中的电荷和风筝和风筝线与空气之间的摩擦产生的电荷已经可以使风筝明显地带上静电,风筝线上挂着的钥匙在吱吱响。第一件事很容易地验证了。

接着他们把风筝线弄湿,风筝上的静电量进一步增大。但是把手指靠近钥匙,却并没有出现明显的触电感觉。为了增大电量,终结者找了一个大金属球形状的电荷产生器代替海边的空气作为电荷来源,这个大金属球产生的电荷远远高过空气中的静电产生的电荷,但是比起真正的闪电还是微不足道的。当风筝靠近这个金属球时,就会被击中,如果把一个探头靠近钥匙,可以看到两者之间有微弱的火花。第二件事也证实了。

最后终结者走进了电力公司的试验中心,这里的高压电可达到 100 万伏,可是比起真正的雷电 1 亿伏的电压,也只是 1%。他们用组织替代胶制作了一个假人的模型,里面安装了一个模拟的心跳检测器,并用模拟的雨中淋湿的风筝线进行实验。风筝被高压电击中时,在钥匙和假人的“手指”之间出现了明亮的电弧,通过模拟心脏的电流已经超过可以使人心脏停跳的最大电流的很多倍。这个“迷你版本”已经足以让富兰克林英勇牺牲很多次了。由此可见,富兰克林在直接被雷电电后还毫发无损,并且淡定地说“我可以证明闪电是电”是不靠谱的。

实际上 1752 年富兰克林给英国皇家协会寄过一封信,内容正是关于风筝实验的记录。信中提到:

“当雷雨云来到风筝上空时,尖的金属丝就会将从云上引下“电火”,风筝与整条线都会充满电。线上的细丝会向各个方向伸展开来,当手指靠近时,细丝还会被吸引。

当风筝和线被雨水浸湿后,它们可以自由传导“电火”,用指关节靠近钥匙,你会发现大量“电火”从钥匙上流出。

可以在钥匙上装一个小药水瓶,以上述方法获得的“电火”可以将瓶中的酒精点燃”。

可以看到,富兰克林所做的,并非是“将闪电通过风筝和钥匙引导到人体”,信中并未提到“在打闪时”触摸钥匙,而是观察在雷雨云飘过时的一些现象。这个时候风筝线和钥匙上所发生的电学现象,应该是静电。

这和《流言终结者》的实验类似,静电足够大时,确实可以看到钥匙与探头(或手指)之间的电火花。囿于当时的知识水平,富兰克林并不能区分这静电和闪电的区别。当然富兰克林的试验也十分有意义,那就是他证明了自然界中的电和人造的电是同一种东西。

(答案整理自果壳网)


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