制造“摩擦起电机”的市长

2024-08-18 1656 阅读 · 1656 喜欢 · 1656 评论
原子建筑师
以原子为砖石,构筑化学的宏伟大厦。

现代科学实验在欧洲开始萌芽后,开始流行起一种“科学表演实验”,人们就像看魔术一样,追逐着这些表演。
自从吉尔伯特在女王面前表演静电实验之后,静电实验开始在欧洲贵族中悄悄传播开来。不过这个时代是属于蒸汽的时代,也由于琥珀产生的静电不多,这种表演没有在大众面前流行起来。
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到了1660年左右,德国马德堡市市长格里克发明了可以轻松产生大量电荷的摩擦起电机,人们对静电的研究才真正开始。

奥托·冯·格里克

1602年,奥托·冯·格里克出生于马(格)德堡市一个贵族家庭,他的祖父和父亲曾经担任过马德堡市市长。
格里克从小接受家庭教育,15岁进入莱比锡大学学习法律和哲学。18岁时父亲去世,格里克中断学业返回家中,随后进入莱顿大学转学习数学和物理以及工程学。
1626年,24岁的格里克完成学业返回马德堡,被推选为议员。这一年格里克娶了同岁的妻子格里基,他们生了三个孩子,但两个夭折。43岁时格里基离世,7年后格里克娶市长的女儿多萝莎·伦特。
1631神圣罗马帝国攻入马德堡市,据说全城两万多人被杀,只剩下4000人幸存,建筑全部烧毁。这场战争就是1618年到1648新教与天主教爆发“三十年战争”,波及整个欧洲。

战后,侥幸逃脱格里克再次回到的马德堡,依靠自己的威望和工程学知识,领导民众重建城市,发展酿酒业发展经济。1646年,44岁时格里克被选举为市长,直到72岁退休。
1681年1月,为了躲避瘟疫,他到汉堡儿子家中 ,直到1686年5月11日去世,5月23日遗体被运回马格德堡,葬于乌尔里希斯基教堂,现在有一所以他的名字命名的大学。
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半球实验
格里克在任职期间进行了大量科学实验和研究,其中最为我们熟知的是他进行了“马德堡半球实验”,并于1672年出版了《关于真空的马德堡新实验》一书。
格里格相信绝对空间绝对虚空的存在,反对亚里士多德关于“自然界厌恶真空”的说法。1650年用两个单向阀门加上气缸和活塞,成功制作了抽气泵。
1654年5月8日,格里克在雷根斯堡向当时的神圣罗马皇帝斐迪南三世展示了他所设计的半球实验。将两个半径35.5厘米半球合在一起,抽出里面的空气,这两个半球就紧紧的合在一起,最后用了16匹马使劲拉,才将他们分开。

格里克此后在多处地方演示过他的实验,比如在1657年和1663年分别在马德堡市和柏林向公众展示过这个实验,格里克在书中称这个实验为“马德堡半球实验”。
《关于真空的马德堡新实验》插图

这些实验向人们展示了大气压力的存在,他证明抽水机能够抽上水,是因为大气压的压力作用,而不是因为“自然界厌恶真空,所以水主动去填充真空。”
除了半球实验和发明真空泵以外,格里克还制作了晴雨表(气压表)用来预测天气,他还做过抽空气灭火、真空不能传到声音、拉开气缸活塞自动回弹等实验。他曾抽出玻璃球中的空气,以称量空气的质量,结果导致玻璃球爆炸。他同意亚里士多德的自然位置说,认为地球是没有质量的。
格里克试图通过科学实验提升自己的影响力,并把这种影响力转移到政治活动中。他希望将马德堡重建建成一个自由城市,但最终马德堡还是变成了普鲁士统治下的一个公国。
起电机
大约在1663年,格里克成功制作了还可以大量产生电荷的机械装置。他将大量的碎硫磺融化后,放入一个脑袋大的玻璃球壳中,并沿球的直径插入一根稍长木棒作为轴。硫磺凝固后就形成了一个光滑的硫磺球。
格里克的起电机

克里克打破玻璃壳,将硫磺球的轴横放,用木架支起支起来,然后一手转动硫磺球,另一只手则按在硫磺球的表面,这样硫磺球上就产生了大量的电荷。
在试验中,格里克观察到纸片,树叶羽毛都被硫磺球吸引过来。然后又被推开,漂浮在空中,这是他他认识到静电力具有排斥的作用。
另外由于硫磺球带的电荷比较多,格里克还看到了类似闪电的放电现象。另一个现象是他发现与硫磺球连在一起的绳子也带上了电,这说明电可以传导。
豪克斯比和上帝之光
格里克的起电机制成之后,逐渐在欧洲传播开来,很多人都重复和改进这个实验。其中影响最大的是“无名英雄”豪克斯比。
1660年弗朗西斯·豪克斯比出生于英国科尔切斯特,在家中排行第五。他的父亲是一个布商,同时也是当地议员。18岁时豪克斯比在大哥的商店当学徒,25岁结婚后开了自己的窗帘商店。
不知什么原因,从1701年开始,他转行开始制作真空泵和气动发动机,这使得他对科学实验仪器产生了极大的兴趣。同样不知什么原因,不久后他又成为了牛顿的实验助理。
豪克斯比的“双筒气泵”

1703年,胡克去世,牛顿成为皇家学会会长,豪克斯比被任命为首席实验师,并在牛顿主持每周例会上演示实验,同时开始在学会会刊上刊登他的实验报告。
1705年,豪克斯比在研究格里克的起电机时,发现玻璃球可以摩擦起电,不需要硫磺。后来他将两个玻璃半球粘合在一起,加上曲轴手柄来摇动;同时玻璃球抽成真空,在里面充入了少量汞蒸气。
物理机械实验

当他熄灭灯光,用手压住玻璃球,并摇动手柄时,看到了玻璃球中闪烁着蓝色的“小闪电。”这其实是气体的辉光效应,不过当时的人们并不明白。利用这个装置,他还发现了“静电风”的存在。
豪克斯比的实验立刻引起了轰动,人们用“创造了上帝的奇迹”来形容这个发明,随后他当选为皇家学会会员。
作为仪器制造商,豪克斯比抓住商机成立公司,制作了大量起电机售卖。这兴起了对电学研究的新高潮,这种机器在此后的一百多年里一直被用于产生静电,直到感应起电机出现。

1708年豪克斯比还独立发现了气体的查理定律:气体压强一定时,其体积与温度成正比。
1709年,他将自己实验仪器制造工艺和发表的50多篇实验报告自费集结出版,书名叫做《物理机械实验》,其中大多数跟真空有关,并结合了光学、毛细现象、声音和动物行为等实验,这本书后来被翻译成意大利语、荷兰语和法语在欧洲流传。
1713年4月29日,豪克斯比去世,葬在伦敦的圣邓斯坦西教堂。
豪克斯比长期以来只是被当作牛顿的助手而被人所知,但其实他的实验仪器制造对英国的科学发展提供了巨大的推动力。在2010英国皇家学会成立了豪克斯比奖,以表彰“科学,技术,工程和数学的无名英雄”

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