电流的热效应是怎么验证 浅析西方电流理论的产生

文丨煜捷史馆

编辑丨煜捷史馆

一、电流概念的产生

这里的主题是静电，而不是现在用于驱动现代机器和设备的受控电流。

静电在雷暴中积累，如果云和地面上的物体(或另一朵云)之间的电位差足够大，静电可能会释放出巨大的火花(闪电)。

不太引人注目的是，自古以来人们就知道摩擦一块琥珀可以使它“带电”，这样它就可以吸引轻的物体。

在16世纪晚期，威廉·吉尔伯特仔细地区分了电和磁，他认为船上指南针的出现是保护和繁荣伊丽莎白时代英国的关键。

对吉尔伯特来说，电与磁相比是微不足道的，正如他通过对比它们的性质所表明的那样。

他注意到琥珀吸引小物体而自身不动，他宣称电是琥珀摩擦后发出的一种微妙的蒸汽(或“臭气”)。

这种粘稠的臭气包裹着谷壳，并将其附着在琥珀上:电吸引，但(不同于磁)不排斥(实际上，这是错误的，相互电排斥根本没有被观察到)。

这样，吉尔伯特开创了电学，但同时也使后来的学生对电学的两个基本性质——斥力以及吸引力和斥力的相互关系的发现产生了偏见。

他引入了“电”这个词(电子在希腊语中是琥珀的意思)来描述一种可以通过摩擦带电的物质。琥珀、玻璃和许多其他物质是“电”

在17世纪，悬浮电的实验证明电和它所吸引的小物体之间的吸引力是相互的。

从尼依格罗酒店·卡韦欧开始，耶稣会自然哲学家解释了电吸引力，不是从“粘性”的角度，而是从电臭气的弹性的角度，电臭气再伸展到吞没另一个物体，然后收缩，将它拉得更近。

根据卡韦欧的机械模型，电吸引力在真空中是不可能的。佛罗伦萨的西门托学院利用水银柱上方的托里切利真空验证了这一点，但没有得出结论。

在英格兰，波义耳证实了相互吸引的现象，并且使用他的气泵，表明电效应确实可以在真空中演示，但是卡韦欧的追随者仅仅说波义耳没有去除足够的空气来产生适当的真空。

是奥托·冯·格里克在对真空进行反笛卡尔实验后发现了电排斥。

为了追求他的非机械哲学，格利克建造了一个微型地球——一个直径约1.5英尺的硫磺球中的矿物质集合。

他将它安装在一个框架中，并在地球仪旋转时通过摩擦它的表面产生电荷。

它像往常一样吸引轻的物体，但葛利克惊讶地发现，一根羽毛被排斥，并会在它上面盘旋。

当他把一段亚麻线系在地球仪上时，他发现离地球仪有一段距离的自由端吸引了金属屑，表明电可以沿着线传导。

二、电流实验

当葛利克将这些结果融入他自己独特的世界理论时，惠更斯试图在笛卡尔机械哲学的旋涡理论中解释它们。

根据惠更斯的说法，没有电臭气:葛利克摩擦地球产生的电激励在地球表面产生了振动，这在周围的微妙物质中诱发了一个漩涡，反过来，这又刺激了羽毛周围的漩涡。

地球对羽毛的“排斥”是由两个漩涡的相互作用引起的，惠更斯通过从他自己的琥珀地球仪上给两个羊毛团通电来证明他的解释:

然后它们互相排斥，因为每个羊毛团都形成了一个漩涡。他没有发表这个电学著作。

电学引起了牛顿的注意，认为电学是解释万有引力的一种可能的机制，他在17世纪70年代中期用电学做了实验。

当牛顿在1703年被选为皇家学会的主席时，他恢复了原来的做法，即每周在会员面前展示实验，这种做法已经停滞了一代人的时间。

该协会的理事会任命弗朗西斯·豪克斯比(约。1666-1713)，仪器制造商和真空专家，作为实验馆长。

他被促使研究有时在气压计的水银柱上方的空间中观察到的荧光辉光，当它被摇动时。

豪克斯比将这一现象发展成一个壮观的展示给研究员:他将一个抽空的玻璃球安装在一个转盘上，通过摩擦使其带电，使内部空间明亮地发光。

豪克斯比推断，牛顿认为光的粒子存在于大多数固体的结构中，由于他的摩擦，光的粒子被从玻璃中挤出并进入球体内部的空隙中。

735牛顿通过物质粒子之间的短程力以及物质与以太的相互作用解释了电、磁、重力、化学反应和毛细作用。

他充分确信(在1713年)电现象与无处不在的物理现象有关，并在《原理》第二版中提到了它。

在他的《光学》第三版(1717-1718)未出版的草稿中，他明确地将精神等同于电，但是在出版前他没有做出承诺

豪克斯比死于1713年，他作为社会实验者的位置被约翰·德萨吉利埃取代。牛顿本人于1727年去世，皇家学会对电学的兴趣减弱了。

它是由斯蒂芬·格雷(1666-1736)复兴的，他是一名职业染色工，是《哲学会刊》的撰稿人，也是该学会秘书的长期通讯员。

他是豪克斯比关于电的几个实验、观察和推测的未被承认的来源。

1729年，利用玻璃管作为电，格雷发现通电后它排斥羽毛，就像葛利克的硫球一样，但是羽毛被吸引到玻璃管末端的软木塞上以阻挡灰尘。

格雷推测带电的玻璃以某种方式传达了软木塞的“吸引人的美德”。

他用一根线从软木塞连接到大约52英尺(大概在楼梯井)下面的茶壶，发现茶壶通电了，因此发现电可以传输到比以前认为的更远的距离。

然而，当他试图用一根水平的绳子重复这个实验时，这根水平的绳子被更短的绳子吊在天花板上，没有信号传输。

三、理论的延伸

皇家学会会员格兰维尔·惠勒(1701-1770)建议用丝线作为支撑，丝线比格雷的线更细，因此不太可能耗尽电荷，这个建议奏效了。

然而，黄铜丝(同样细)没有，因此现在在两种材料之间进行了定性区分:一些是良好的传输器(“导体”)，一些是良好的支撑物(“绝缘体”)。

丝绸、玻璃、头发和树脂是绝缘体，而象牙、金属、水、雨伞和人肉被发现是导体。格雷的实验被理解为显示电臭气沿着导体流动，并假设电荷的传导机制与黄铜叶的吸引力相同。

1731年，惠勒强调了这一假设的问题，他证明了黄铜叶可以通过五块玻璃(一种已知的绝缘体)被吸引。

此外，已知导电的金属或布屏是吸引的有效障碍

1732年，惠勒报告说，电排斥只发生在两个带电物体之间，并通过建立三个不同的情况澄清了一些早期的工作。

首先，绝缘的线最初会被电吸引，然后当它靠近时会被排斥。

第二，如果一根线首先通过与电的物理接触而带电，那么它将随后被电排斥；

第三，如果线是接地的(例如，被固定在一根从地面伸出的金属杆上)，它总是被电吸引。

惠勒已经表明，电不是17世纪的“唯一的吸引力”，也不是格雷的弹性“美德”，既可以吸引也可以排斥。

电的行为使得分别被带电的电吸引的两个物体会相互排斥，如果一个物体被吸引而另一个物体被排斥，那么这两个物体会相互吸引。

毕竟，磁的北极和南极有相似之处。

查尔斯·弗朗索瓦·德·西斯特内·杜法伊，巴黎科学院院士，1732年起任巴黎皇家植物园主任，他将自己的电学实验结果与格雷等人的实验结果相结合，建立了静电定律。

他定义了三类身体:那些可以通过交流带电的身体(被另一个带电的身体接触)；绝缘体；和导体。

杜菲遇到了和惠勒一样的难题:为什么湿气有助于电荷传导，却阻止了湿布屏幕的带电？

杜菲得出结论，除了金属和液体，任何东西都可以通过摩擦带电，但所有物体(除了火焰)都可以通过靠近带电的玻璃管带电(即使是一碗水)——前提是它们通过站在足够厚的绝缘体上绝缘。

这就是著名的杜菲法则。事实上，正如不久将要解释的，虽然它是正确的，它描述了通过传导的电气化，还有一个更微妙和更强大的方法通过感应电气化。

杜菲发现，当黄铜叶被吸引到带电的玻璃管后带电时，发生了一个三步过程。

黄铜叶首先被吸引，然后电被传送到它，最后，带电的叶被排斥。被带电玻璃管排斥的一片叶子也被水晶排斥，但被蜡和树脂吸引。

杜菲现在提出了一个大胆的假设:如果有两种电，一种是通过给玻璃通电获得的，另一种是通过给树脂通电获得的，这种现象就可以得到解释。

带电的玻璃向接触它的物体传递“玻璃状”的电，带电的树脂传递“树脂状”的电。带同种电荷的物体互相排斥，带不同电荷的物体互相吸引。

杜菲和格雷都强调了另一个发现的重要性:当两个身体之间出现火花时，供体身体会将部分或全部电荷转移给受体。

参考文献：

《电流是什么》

《电磁学基础》

《导体中的自由电子》

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