格里克和豪克斯比在制造起电机时,都发现了电的排斥现象和电的传导现象,但没有引起两人的重视和进一步研究。
随着静电实验引起更多的人关注,一些重要的概念被建立起来。其中最早的成果是,格雷建立起了导体和绝缘体的概念。
斯蒂芬·格雷
1666年,斯蒂芬·格雷出生于英国肯特郡,他的父亲是一个染布工人。在接受过几年基础教育之后,他开始跟随父亲学习染布。
格雷对当时流行的天文学非常感兴趣,于是他开始在图书馆借来相关的书籍自学。后来为了进行实际的观测,格雷尝试自己制作望远镜,但效果不理想。
不过在1699年,格雷在研究镜片时作出了他的第一个成果,他在铜盘中间挖一个几毫米大小孔,然后滴一滴水在小孔上,这样水滴就成了一个凸透镜。随后他在皇家学报上发表了自己的第一篇论文。
格雷四处打听,向朋友借来望远镜等实验仪器进行观测,他主要观测的对象是日食、月食、太阳黑子和木星,并在圈内小有名气。在这个过程中,他结识了他生命中的第一位贵人,皇家学会的会员亨利亨特。
亨特对格雷的观测水平十分的欣赏,决定帮他一把。于是把格雷的一些观测结果整理之后,推荐给弗拉姆斯蒂德。弗拉姆斯蒂德是当时的皇家天文学家,曾经用准确的计算预言过1666年和1668年的两次日食,是第一个观察到天王星的人。
当时弗拉姆斯蒂德想绘制全天空的星图,用于精确航海,格雷优秀的观测能力正是他需要的。于是在1702年到1716年之间,格雷就开始在格林威治天文台进行观测,为弗拉姆斯蒂德提供观测数据。
由于弗拉姆斯蒂德认为,牛顿和哈雷盗用他的观察数据出版了星表,所以两人产生了矛盾,这也导致格雷在皇家学会的尴尬地位。
在1719年底弗拉姆斯蒂德去世之后,天文台倒闭,格雷失去了工作,不得不重新回到染布坊去工作。1720年格雷54岁,在好友威尔士亲王的提名下,他获得了“宪章大厦”组织提供的退休金,这是一个“为陷入穷困的绅士”而设立组织。
此后,格雷开始专注于静电现象的研究。这源于在1706年,豪克斯比在皇家学会进行静电实验表演,格雷在当时就产生了浓厚的兴趣,但由于要进行天文观测,所以一直没有付诸行动。
静电传导
格雷制造了一个长3.5英尺,直径为1.2英寸的空心玻璃管,用干手或者干纸摩擦,就能够看到静电吸引现象,如果在晚上还能够看到辉光。
在一个夜晚,他注意到一个特殊现象,在玻璃管的末端的软木塞(防止水分和灰尘进入),对小纸片产生了吸引力。格雷立刻就意识到,这是玻璃上的“电流体”传导到软木塞上了。
格雷尝试将软木塞换成更长的木棍,结果在木管的另一端依旧发生了静电吸引的现象。他又使用一根麻绳,连接象牙球,同样象牙球上也产生了静电吸力。他还发现电流体的传导跟麻绳的弯曲无关,也不受重力影响。
接下来,格雷接下来对更多的物体进行电流体的传导实验。结果发现有的可以很好的传递电流体,他把这些叫做导体,比如金属丝。还有的不能够很好的传递电流体,比如丝绸,这就是绝缘体。
为了测试导体最多能够将“电流体”传递多远,格雷做了很多的尝试。在1729年6月30日至7月2日之间,牧师惠勒来到他家,和他一起进行了一起成功的输电实验。
他们起先用一根黄铜丝连接一个铁球,结果传输的距离并不理想。不过他们发现将电线悬空可以增加传导能力,后来又用丝绸将黄铜丝包裹起来进一步增加了传输距离。最终他们成功的把“电流体”传输到了800英尺以外的铁球上。
静电感应
格雷继续进行更多的电发现,1730年他又发现了静电感应现象,进行过一次轰动一时的“飞行男孩”表演。
他让一个男孩被悬挂在电线上,然后将摩擦带电的玻璃管靠近男孩的脚,但没有碰触。结果男孩的脸和手就吸引了一些谷物等碎屑。
1731年因为对导体的发现,获得皇家学会的第一枚科普利奖章 ,这是1731年以皇家学会的高级会员戈弗里·科普利爵士的遗赠设立的奖项。
1732年又因为静电感应实验而获得了第二枚,同时皇家学会也给了他名誉会员的荣誉。1736年去世格雷去世。
杜菲:两种电荷
格雷的“飞行男孩”实验首次向世人展示了静电感应现象,以及人体是一个导体这一事实。这个实验引起了很多人的关注和模仿,其中杜菲作出了重要的研究成果。
杜菲出生于1698年9月14日法国巴黎,1739年7月16日染天花去世。曾是一个植物园的负责人研究过植物,还担任任法国卫队军官, 但是由于身体不好而退役。
杜菲尝试像格雷所描述的那样用丝线悬挂自己,让自己带电,当旁边的人靠近他时,他感受到自己身上放出某种射流,同时发出噼啪的响声,在晚上做实验还能够看到类似闪电的电光。
杜菲对大量物体进行研究后还发现,电流体应该是有两种的,他把其中一种叫做玻璃电,另外一种叫做松脂电。
杜菲用他的“双电流体”理论来解释电的排斥和吸引现象,摩擦过程中这两种电流体分开,同种电流体相互排斥、异种电流体相互吸引。这个理论革新完善了吉尔伯特的“单电流体”理论,它用于解释静电吸引现象。
杜菲还发现金属也是可以摩擦起电的,只是由于金属是导体,产生的电流体很快被传导到其它地方了。吉尔伯特关于“摩擦起电体”和“非摩擦起电体”的区分是不成立的。