富兰克林钟:一个机智的闪电报警装置

作者: 实验君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2018-12-14

本文介绍了富兰克林钟的原理和历史,这是一个由富兰克林改良的装置,用于提前预警风暴和闪电的到来,展示了富兰克林的科学智慧和创新精神。

富兰克林研究闪电的故事几乎每个小朋友都知道。出现在100美金上的他,也是一个杰出的科学家和文学家。可是有一个问题始终萦绕在实验君心头:闪电发生速度这么快,富兰克林是怎么提前知道闪电要来,然后凑准时机去研究它们的呢?看完今天的DIY,你就知道答案了。他简直太机智了。我们刚才做的,就是一个富兰克林钟。

虽然富兰克林钟是以科学家,美国开国元勋之一的本杰明·富兰克林命名的,但实际上他并不是富兰克林钟最初的发明人。早在1742年,苏格兰物理学家 Andrew Gordon 就发明了 Gordon’s bell(戈登钟),它是富兰克林钟的原型,也是世界上第一个将电能转化为机械能的静电装置。富兰克林在书中看到了 Gordon 的装置后,也想试一试。

他改良了Gordon 的版本,在家里吊起了两个钟,然后在中间挂一个金属球。这2个钟,一个接着富兰克林房子里的引雷针,另一个接着地面。风暴来临前,带负电荷的云层使引雷针带上了负电荷,与引雷针相连的钟也因此带上了负电。风暴来临前,空气中也充满着大量的负电荷,它们也会使金属球带负电。由于同性相斥,金属球弹开,撞到另一个和地面相连的钟上。金属球上的电子通过这个钟流向了大地,失去电子的金属球从而被中和。

异性相吸,接着,金属球又会被带负电荷的钟吸引,重复这个过程。这也是我们制作的富兰克林钟的原理。风暴来临前,这个装置就会打铃提醒一直痴迷于研究闪电的富兰克林,催促他去追逐闪电。相当机智的闪电报警铃了。世界上最长寿的富兰克林钟,被玩了170多年。牛津大学克拉伦登实验室门厅附近的一个走廊里的富兰克林钟——牛津电子钟(Oxford Electric Bell)从1840年开始运行以来就没有停止过。

虽然这个富兰克林钟勤勤恳恳地不间断地工作了近200年,而且敲击了不下100亿次,但我们听不见它发出的声音,因为它的外面罩着2层玻璃罩子。这个富兰克林钟的另一个神奇之处在于供电的干电堆(dry-piles)。吉尼斯世界纪录将它俩列为世界上最持久的电池,因为它们被用了超过170年。根据牛津大学物理系的介绍,目前还没人知道这两个干电堆的内部结构。

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