17世纪初,科学家致力于电学的系统研究。起初,研究仅限于静电。当时,获得电力供应的唯一途径是摩擦起电。摩擦产生的静电很少。不可能做稍微大一点的电学实验。因此,在这种需求的压力下,当时的科学家试图改进摩擦起电工具。

我们怎样才能方便快捷地获得更多的能量?许多欧洲科学家已经开始思考,包括一个特殊的人物——德国马德堡市市长盖里克。他的想法很直接,就是制造一个马达。

热爱科学的市长盖瑞克(照片来源:维基百科)

所谓起动马达是指一种利用人力或小功率摩擦来获得静电的机器。它也是一台产生电流的机器。发电机利用电磁感应产生大电流交流或DC,可用于生产和生活。该电机只能产生小电流,主要用于实验。这两者目的相同,但原则不同。从某种意义上说,发电机是发电机的“发起人”。

热爱科学的市长

盖里克市长不是心血来潮制造的,更不用说展出了。

他是莱顿大学的优秀学生,从小就对科学感兴趣。他当了35年的市长,也从事了35年的科学研究。这种情况在世界上也很少见。他在1650年发明了空气泵,后来用它做了著名的马德堡半球实验,证明了大气压力的强度,并推翻了亚里士多德的“大自然讨厌真空”的假设。

1660年,58岁的格里克开始研究静电。那时电非常流行。作为一名物理学家,他还致力于电学研究。一天晚上,盖里克停止了娱乐活动,再次进入他的实验室,为电学实验做准备。当他用手指捡起一小块琥珀时,一条小裂缝出现了。他小心翼翼地关掉所有的灯,不停地上下摆放琥珀。然后他发现了一个新现象:伴随着噼啪声,出现了微弱的闪光。

摩擦琥珀发电并吸引羽毛(网络图)

"这种闪光和声音应该意味着静电被释放."当盖瑞克想到这一点时,他脑海中出现了一个新问题:用手指摩擦琥珀产生的电流太小,而且很麻烦。用这种方法获取电流是不实际的。

“这个电量不足以进行实验,更不用说其他东西了。如果你制造一个摩擦电机,既方便又有更多的电能,那么这个实验将会更加方便。”格里克提出了这个想法。

简单实用的起动电机

照你说的做。经过一年多的研究,格里克终于发明了一种简单实用的摩擦电机。

他的发明分为两步。第一步是制造电源。琥珀是最好的供电材料,但价格太贵,不能用作设备。经过反复实验,他决定用硫磺代替琥珀。

盖里克首先把硫磺打碎,然后把它放进一个比他的头还大的球形玻璃瓶里。然后,球形玻璃瓶在实验室中被加热以熔化硫。硫熔化后,一旦找到空间,就不断添加硫,直到球形玻璃瓶充满硫。这时,他把一个木柄插入瓶子。球形玻璃瓶冷却后,他用锤子打碎了瓶子,得到了一个巨大的黄色硫磺球。这个球有两个特点:一个是木柄可以用手握住,或者用作架子。第二,球的一端是正的,另一端是负的,这便于不同的实验。

第二步是产生静电。格里克把黄色的硫磺球放在一个木制支架上,这样就制成了一个简单的摩擦马达。然后,他左手握着木柄,让黄色的硫磺球绕轴旋转,右手按在球面上。静电是由他的手掌和黄色硫磺球之间的摩擦产生的,并储存在黄色硫磺球中。

格里克发明的硫发生器(网络图)

第一次使用马达时,摩擦力引起了一种感觉。在那个宽阔的实验室里,他首先从木架上取出储存有静电的黄色硫磺球,然后取出它的轴,用正极吸引羽毛。然后,他用硫磺球的负极排斥羽毛,让它们漂浮在空中。飞羽就像活着的鸟。观看的同事们惊呆了,说不出话来,然后爆发出掌声。他们赞叹盖里克市长的精彩表演。

“原来,羽毛喜欢靠近它前面任何物体的尖端,并能使它粘在物体的任何突出部分。这应该是电。”人家在看,盖瑞克在想。

所有人都离开后,盖里克又进行了一次实验。他点燃了桌上的一支蜡烛。当羽毛离蜡烛大约一掌宽时,羽毛突然后退,飞向带电的硫磺球。

"我已经知道物体的尖端通过这个马达对电流的特殊影响!"盖瑞克很快就录下来了。

在今天看来,尽管盖里克发明的起动马达如此简单,但它在当时已经是一项伟大的发明,因为它标志着科学研究方法的进步。作为人类制造的第一台发电机,它帮助人类观察许多重要现象,并为后人创造更大更先进的发电机提供参考。

因此,盖里克在电磁发展史上占有一席之地。

后来的故事

盖瑞克发明的摩擦电机引起了社会的广泛关注。应政府部门的邀请,他公开进行了启动马达的实验,这在贵族和普通民众中很受欢迎。教授们用硫发生器演示了静电实验,学生们很感兴趣。据说当几个大学教授演示运动实验时,学生们不得不站在走廊或教室外面观看,因为观众占据了座位。

除了社会问题,科学家们对摩擦马达最感兴趣。继盖瑞克之后,科学家们相继改进了摩擦马达,并取得了明显的成果。

几十年后,苏格兰物理学家戈登经过多次实验修改了硫发生器。为了提高转速,他用一个圆筒代替了硫磺球,转速超过了每分钟600转。马达从圆筒中产生的电流可以杀死鸟类。后来,他的朋友把圆筒玻璃装在脚踏板上,用皮垫代替手掌摩擦,这样马达就完全机械化了。戈登在集会上用一个圆柱体来发电和点燃酒精灯,这很受欢迎。

盘式静电感应电机的影响仅次于硫磺感应电机。它是由英国科学家威廉穆斯在1882年研究了多种起动马达后制造的。其优点主要有两点:第一,玻璃圆板上的两轴可以反向旋转,转速高于气缸启动电机的转速;其次,它能产生大电流,甚至杀死小猪。机器诞生后,主要用于演示课堂上的静电现象和程序中的空气放电现象。盘式静电感应电动机一直使用到现在。

盘式静电感应电机。(网络图)

尽管盖瑞克发明的摩擦马达能产生静电并进行放电实验,但他不知道哪些物体能传输电,哪些不能,以及电是否能传输。只有澄清这些问题,电学实验才能有充分的理论基础和较高的实验效率。谁解决了这些问题?让我们看看下一次“电会跑,还会选东西吗?”发现者是一个穿着花盔甲的老人!》

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[评论]

1.奥托·冯·格里克(1602年11月20日-1686年5月11日),德国物理学家和政治家,曾在莱布尼茨和莱顿大学学习,1646年至1676年担任马德堡市长。上任后,他努力工作,不遗余力地建造桥梁和堡垒。此外,他亲自种下田地来生产当时稀缺的食物。