電的認識

6-1 電的認識
    6-1-1 摩擦起電和感應起電
            6-1-2 庫侖靜電定律
                   6-1-3 生活中常見的靜電感應現象
富蘭克林小傳    雷電的發生

第六章電與磁

西元前六世紀：人類很早就已經發現了靜磁與靜電現象，但早期都把它們當作不相干的兩件事。

大約在紀元前600年，希臘人就已經知道琥珀與羊皮、貓皮或木頭等經由摩擦帶電後，可以吸引某些質量很輕的小物體；中國在東漢初也有類似的文字記載。今日電的英文字electricity就是源於摩擦起電，經由希臘宇elektron(琥珀)變化出來的。

人類發現了磁的現象後不久就有實用性的發展，如中國人發明的羅盤，對航海與定向有重大的貢獻，而在同時期電的方面則沒有應用上的發現，所以磁學的研究與發展比電學要早。

十七世紀：1600年英國醫生吉伯特發表《論磁、磁體和地球為一大磁鐵》一書。書中除將前人對磁的研究作一總結外，並且很嚴密的討論了地磁的性質，更收集很多磁學實驗記錄與電學力面之研究資料於書內。磁學從此由經驗知識轉變為科學的研究。

摩擦起電機的發明：摩擦起電雖然發現得很早，但一般摩擦起電的電量均很小而不穩定，所以一直到公元1660年格里克(O.V.Guericke，1602-1686)發明摩擦起電機後，人類才開始能夠做比較有系統與精細的定量研究。電學的基礎知識於是開始奠立。

十八世紀：1750年米契爾(1724-1793)提出磁極間的作用力與距離平方成反比之磁力定律；1785年庫侖(1736-1806)用電扭秤實驗的結果提出庫侖定律，此定律說明了點電荷之間的電力也是與距離平方成反比關係。於是磁學與電學分別有了定量研究的開端。

十八世紀中葉歐洲船員航海到非洲及南美洲，發現會產生電擊作用的電鱔並將其帶回。這種會生電的電繕，引起了義大利生理學家伽凡尼(1737-1798)的研究興趣。他用金屬叉子各接上銅和鐵的插頭，再將插頭分別接在活青蛙之腿肉; 和筋骨上，發現青蛙腿會發生痙攣現象，他認為這是和電繕相同的生物電。

問題：以現代眼光來看，為何青蛙腿會發生痙攣現象？

伽凡尼的朋友伏打(VoIta，1745-1827)將兩根不同的金屬線焊接後插入鹽水中，發現：與伽凡尼研究的現象相同。他由實驗證明生物電的說法不正確，這種電實際是來自外界並不是生物本身有電。

電池的發明：經過多次大量實驗，伏打最後在1800年發現把銅片和鐵片或鋅片，一片一片相間夾在鹽水浸濕的紙片中重複的堆成一堆，再將其兩極接通後可以形成很強的電流，這就是著名的伏打堆 (Volta's pile)。伏打的這個發明使電學進入了可以應用的時代。

伏打堆之發明提供了穩定而大量的電流，導致1820年厄司特發現了電流的磁效應。磁與電從此成為一家人，進入了電磁學的領域。此後短短的一百多年電磁學之發展快速無比，使人類之物質文明進展超越過去十幾個世紀的成果甚多。

6 - 1 電的認識

電的現象吸引了許多學者的興趣並作深入的研究。物體經摩擦起電後，稱為帶有電荷（charge）。由實驗中發現有些物體上的電荷可以自由移動，稱為導體，例如銅、鋁、……等；反之，另有些物體上的電荷則不能移動，稱為絕緣體，例如玻璃、毛皮……等。

法國科學家杜非進一步發現物體所帶的電荷性質只有兩種：帶有同種電荷的兩物體之間會互相排斥，而帶有異種電荷的兩物體之間則互相吸引。

雙電流體的理論（杜非提出）：所有的物質內部都有兩種不同的電流體，其數量相等，因此保持電中性；當其中一種電流體的數量超出另一種時，就帶了電。（目前認為這說法是錯誤的）

單電流體的理論：富蘭克林則提出較簡單的單電流體理論。他認為所謂的電流體是由一種電粒子所組成。當兩物體互相摩擦時，使這種電粒子轉移而致物體帶電。

正、負電荷的命名：富蘭克林把玻璃棒用絲絹摩擦後，玻璃棒所帶的電荷命名為「正電荷」；把塑膠棒用毛皮摩擦後，塑膠棒所帶的電荷稱為「負電荷」。這是今天我們所習用的正、負電名稱的來安源。

富蘭克林放風箏：1752年的夏天，富蘭克林在美國費城所做的實驗最為膾炙人口，他在雷電交加時放風箏，將空中的電荷引下，證實閃電就是大量的正、負電荷中和的現象。從天空中收集到的電荷和經由摩擦起電產生的電荷，在本質上是相同的。富蘭克林小傳