Category Archives: 電的旅程

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜「電源」的突破 ( 2 )＞…… (續上)

        伏特堆是人類研究電的一個大突破，是一種人類對知識的頓悟，伏特堆也就是現代的電池。伏特對他的發明毫無隱瞞，所以世界各地的許多人做成了各種各樣的電池，對電的研究登上了新台階。

        從理解和解釋靜電，到製成電池，人類用掉了200年的時間！

        當時，伏特跟伽伐尼的辯論，似乎伏特勝出，但伏特的實驗也不能否定青蛙身上有電流。後來電子技術精密了，證明青蛙腿上肌腱中確實含有離子電，就是人體筋腱中也含有電，今日的科技，還能畫出人的腦電波。

        伏特當時聲名大噪，拿破崙請他去講解他的發明。伏特表演了電可以將金屬絲燒紅 (後來的電燈)，向他顯示了電流通過水可以產生氣泡 (電解)。

        我去過伏特的故鄉，意大利北部的科莫湖，那裡有一所伏特寺 (Volta Temple)，陳列著伏特的發明。…… (完)

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜「電源」的突破 ( 1 )＞

        意大利波隆納大學路易吉．伽伐尼 (Luigi Galvani) 教授是研究動物電的，他在解剖青蛙時總是將青蛙放在銅盤上，每次當他用夾子去夾剛死去的青蛙大腿時，蛙腿都會抽動，像人觸電一樣，伽伐尼教授據此認為在剛死去的青蛙的體液中帶有電。這個理論發表以後，引發不少人反對，其中一人是伽伐尼的好朋友亞歷山德羅．伏特 (Alessandro Volta)，帕維亞大學的化學教授。伏特認為青蛙本身沒有帶電，是伽伐尼教授的銅盤和夾住蛙腿的含鋅夾子之間引發了電流。兩人爭吵得很厲害，為了證明自己的想法正確，伏特潛心研究。1800年3月伏特發表了他的發明：伏特堆，正式名字是「人工電器官」(Artificial Electric Organ)。伏特堆用相間隔的鋅片和銀片組成，中間隔著一層沾滿鹽水的硬紙板，用導線將頂上的鋅板和底下的銀片連接起來時，導線上流過了電流，這不同於萊頓瓶，伏特堆產生了電壓穩定的較大的電流！…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜魔術般的靜電 ( 5 )＞……續上

        酒吧中的「電吻」，讓很多人有過觸電的感覺。1757年一位法國植物學家在南美發現一種鯰魚，按觸鯰魚時令他有觸電的感覺，他想到鯰魚身上是否有電呢？1772年一位英國殖民官在印度發現一種鰻魚像萊頓瓶一樣會放電。

        這些現象在當時就被稱為動物電，人的身上是不是也有電呢？還有哪些動物身上有電呢？亂打亂撞的研究，最後產生了重大的進展。

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜魔術般的靜電 ( 4 )＞……續上

        儘管科學家對靜電的質的方面認識有進步，但對靜的「量」的概念卻甚少進展。

        1777年法國皇家科學院要求工程院的技師 (Charles de Coulomb) 改善航海時指南針的精確度，當時指車針跟沈括在北宋時所描述的很相似，庫侖知道要提高指南針的精度要怎麼做，他先做成重心正確平衡的針，然後將它用頭髮絲吊起來，這樣來減低針跟底盤的摩擦。新的指南針靈敏度果然提高了，但又面臨新的問題，頭髮扭力造成的誤差。

        於是庫侖投入了研究，尋找扭曲度最低的懸掛材料，同時他也設計了很多巧妙的裝置，量度電荷之間相吸和相斥的力度，他發現電的吸力強度和萬有引力一樣，也跟距雜的平方成反比，這可以稱之謂第一個電的量度實驗，庫侖的發現後來稱為「庫侖定律」，是科學史上重要的理程碑。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜魔術般的靜電 ( 3 )＞……續上

        當時的人對電充滿好奇，科學研究者在社會上得到尊重，有一定的地位，當時酒吧間裡備有小型的萊頓瓶，顧客可以試一下「觸電」的感覺，這種遊戲有一個美名「電吻」。

        另一位靜電研究者是出名的美國開國元勳，富蘭克林，據說他相信閃電和雷擊是雲中的靜電放電形成，在一個雷雨交加的日子，他放一隻風箏上天，風箏線是銅線，末端是一個放在萊頓瓶中的銅鑰匙，據說風箏升起後，萊頓瓶中充滿靜電可以放電。

        這是一個幾乎家喻戶曉的故事，但很可能不是真實的，富蘭克林並沒有做個這樣的實驗，幾年以後一個丹麥人，想做同樣的嘗試，但他被雷擊身亡。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜魔術般的靜電 ( 2 )＞……續上

        荷蘭萊頓大學教授彼得．范．穆森布羅克 (Pieter van Musschenbroek) 在1745年發明了一個方法，可以將靜電儲存在一個特制的玻璃瓶中，這種瓶用大學的名字命名，就是萊頓瓶。萊頓瓶是一個玻璃瓶，瓶外包著銅片，瓶內也有一片銅片，但隔著玻璃瓶，兩塊金屬不接觸，讓瓶內的銅片帶有靜電，靜電通到瓶蓋上的一個金屬球，如果將這金屬球跟瓶外壁上的金屬片接觸時，就會產生放電現象，從今天的眼光看，萊頓瓶就是一個電容器，有了萊頓瓶，人們可以帶著充著靜電的萊頓瓶去各處表演「放電」。

        1746年，法國神父諾雷安排了一個著名的放電表演，他讓神學院中200名學生排成一圈，各人手持八英尺長的銅棒，各人的銅棒相連，同時準備了一個特大的萊頓瓶，在一聲令下各人銅棒相接觸時，諾雷將萊頓瓶的兩極連接到銅棒首尾端，一瞬間所有200個人都受到電擊跌倒在地上，諾雷是想證明電對人體的影響，而同時在他腦中已有利用電來傳送信息的想法。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜魔術般的靜電 ( 1 )＞

        自從吉爾伯特發表 (De Magnete) 巨著後，對電與磁的研究進展很慢。1663年，德國人蓋利克 (Otto von Guericke) 發明了一個簡單裝置，讓一個硫磺圓球快速轉動，跟一塊布摩擦，產生大量靜電，蓋利克又是第一個發現「真空」現象的科學家，今天看來人人都懂，但在當時懂得「真空」的現象，並能重複製出「真空」的環境是非常了不起的。

        牛頓在1687年發表萬有引力定律，奠定了近代力學的基礎，但他沒有介入過電與磁的研究。

        1729年，英國人格雷 (Stephen Gray) 發現了某些物體能導電，如各類金屬，但某些物體例如木頭和布就不能導電，格雷用黃銅做成導線，將蓋利克硫磺球上的靜電傳送到90公尺外不導電的布上。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜科學方法 ( 3 )＞……續上

        比較一下中國和歐洲當年的情形。

        鄭和下西洋 (1405 – 1433年) 時，明朝國力鼎盛，歐洲文藝復興運動仍未開始，當時中國在科技，工藝和經濟上可能還勝過歐洲。二百年後中國就大大落後了，到十九世紀時，列強東來，中國面對洋槍鐵艦，更是喪權辱國，究其原因，是中國社會沒有經歷過「文藝復興」那樣深層次的社會革命。

        牛頓發表萬有引力時，康熙皇帝在辦「博學鴻儒科」，瓦特發明蒸汽機時，乾隆在編「四庫全書」，倫敦在造地下鐵路時，慈禧太后在造「頤和園」。

        中國雖有「格物致知」的理論，但沒有受到重視，沒有貫徹執行。文藝復興的精髓，如「解放思想」，「以人為本」，「科學觀」等都是近年才出現的名詞，真正要在落實成社會的共識，仍要努力。

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜科學方法 ( 2 )＞……續上

        吉爾伯特在書中提出兩個他自己無法用實驗證實的假說：

        第一個假說是：地球是一塊大磁鐵，正極及負極在南極和北極，所以磁針永遠指向南北。

        第二個假說是：星球間的吸引力來自磁力，吉爾伯特自己沒有辦法證明這兩個假設是不是對，把題目留給後人。

        吉爾伯特的年代，人類對電和磁一無所知，我們今天可以看到他有多麼偉大，他在人類對電和磁的研究中走出了正確的第一步，而且他已經猜想到地球是一個大磁體，南北極同時是地球磁場的兩極。

        吉爾伯特在他的著作中用了一個詞代表電，這個詞就是「Electron」，在希臘文中，這個詞代表「琥珀」，吉爾伯特死於1603年倫敦大瘟疫，但他的巨著保留了下來。……(待續)

「第一章：電磁科學基礎」

        ＜科學方法 ( 1 )＞

        歐洲文藝復興時代發展出了進行科學研究的新方法，就是「觀察－假設－實驗－理論」，提出理論的人，必需自己經過一系列的實驗來證明自己的理論正確，這跟亞里士多德時代憑主觀智性的推論來達至結論的方法完全不同。

        新的科學研究的方法跟電磁理論又有什麼關係呢？

        這就要提到電磁理論研究的開山鼻祖吉爾伯特 (William Gilbert)，吉爾伯特出身富裕，自己是伊麗莎白一世的御用太醫，他大力提創新的科學方法，並且以身作則，進行電與磁的研究，1600年他出版了六巨冊的研究結果，書名叫「De Megnete」。

        吉爾伯特大概是歷史上第一位實驗物理學家 (略早於伽利略)，總結他的研究他提出：

1)         電和磁是兩種不同的物理現象

2)         磁石上的正極和負極永遠同時存在

3)         電的吸力在水中消失，但磁的吸力在水中依然存在

4)         磁力在高溫時消失……(續上)