（四）电学和磁学（Ⅰ）

属于自然科学最古老分支的力学和光学是十七世纪里物理学取得最大进展的两个部门，而由吉尔伯特和冯·盖里克开辟的摩擦电的领域则是十八世纪里物理学取得引人瞩目发展的部门。然而，摩擦电研究起初必定进展缓慢，因为它完全依赖于那些没有任何理论指导的偶然观察。每一门精密科学都要经历这样的最初阶段，而电科学是物理学各主要分支中最后一个脱离这一阶段的。直到进入十八世纪很久以后，电学才进入以在假说性概念指导下的系统实验为表征的第二阶段。早期阶段，以豪克斯贝和迪费等人为代表，他们的活动期恰逢十八世纪初年。站在前人肩膀上的富兰克林和埃皮努斯属于第二时期。但是，等到十八世纪末，方才通过定量观察而达致精确的摩擦电定律。这是库仑的功绩，后来使静电学终于成为一门精密科学的数学演绎正建基于他的实验研究。

对水银发磷光这种令人瞩目现象的兴趣特别刺激了十八世纪初的电学研究。这种现象是皮卡尔于1675年发现的。在黑暗中摇动一个气压计的水银柱，就可在托里拆利真空中观察到一种独特的磷光。这一奇特的现象引起了不小的轰动，人们争相撰文议论它。围绕这现象的本性，展开了一些争论，约翰·伯努利也曾深深卷入。起初，一般人都把这效应归因于是水银中含有硫或一种特殊的“磷”，最后才由皇家学会会员和干事弗兰西斯·豪克斯贝（卒于1713年？）作出了正确解释。豪克斯贝以实验正确地证明，这种现象起因于水银摩擦玻璃管壁而生成电。他为这一假说设计了许多独立的实验证明；他还表明，甚至当水银表面之上空气处于常压时，也照样发生发光现象。1745年，柏林的鲁道夫表明，当一支气压计管里的水银被扰动时，管周围悬吊在一个抽空的容器里的几根线被管吸引（Mém.de l’Acad.de Berlin，1745）。这就证实了豪克斯贝的解释。

但是，豪克斯贝在1705年以后的《哲学学报》和他的《各类问题的物理力学实验》（Physico-Mechanical Experiments on Various Subjects，etc.）（伦敦，1709年）一书中所介绍的那些研究的过程中，他的研究范围已超出了这一局限问题。

他发明了一种能使物体在一台抽气机的抽空容器中快速旋转的机器。他藉此使琥珀与毛织物在这容器的真空部中摩擦，观察到摩擦点上出现发光现象，而只要这种运动维持着，发光就一直可以见到。后来他又让一个玻璃器皿在这容器中旋转，与一小块毛织物摩擦，这时产生了“美丽的紫红色光”。在这两例实验中，当放入空气时，发光度都明显减弱，而且每当换用新的材料时，最为显著。他还观察了其他几种物质对偶（玻璃对玻璃，等等）在真空中摩擦的效应。在豪克斯贝向皇家学会报告的一些进一步实验中，他曾使用一种初级形式的玻璃起电机。最早的摩擦起电装置是冯·盖里克大约在十七世纪中期制造的。豪克斯贝大概熟知盖里克对这种装置的说明。然而，这种起电机并没有被广泛采用；至少到十八世纪初年为止，产生电荷的方法一直只是用赤手或其他适当材料摩擦玻璃、琥珀或其他电物质。豪克斯贝的机器是一个抽空的直径约九英寸的密封中空玻璃球，绕一根轴快速旋转（图95）。一当把赤手与这旋转球接触，就可得到1英寸长的火花，产生的光亮足以进行阅读。在此仪器的一种后续形式中，玻璃内衬薄薄一层火漆、沥青或硫，于是，摩擦的手就成了一道发光的痕迹留在这里衬的内表面上。豪克斯贝认为，这种效应起因于以前储在玻璃上的潮湿effluvia〔电素〕的释放（他用电素解释所有这些现象），他还描述了当让空气逐渐重新进入玻璃球时所观察到的变化。这里他同样认识到这种发光现象与在一个被摇动的气压计中所观察到的发光现象是相似的，并且也许可作类比。

这样，豪克斯贝可被认为是玻璃起电机的发明者。然而，这种起电机并没有立即得到广泛应用，其改进肯定也是后来的事。他又进而进行制造通过旋转火漆、硫、松香等等的圆筒来操纵的起电机的实验。不过，他没有发现存在着两种电。他的一些进一步的论文讨论了电作用，透过玻璃传播的问题，以及抽空玻璃球仅在受电激发的玻璃的邻域中产生发光现象的问题。关于他对磁力性质的研究，我们将在其他地方论述。尽管豪克斯贝本人没有作出什么具有根本性重要意义的发现，但他的工作引起人们注意电现象，刺激了对它们的进一步研究。

最早观察到电传导现象的大概是冯·盖里克。但是，他没有进一步探究下去。明确描述这种传导现象并通过实验区分导电和非导电物质的人是卡尔特修道院的养老金领取者斯蒂芬·格雷（卒于1736年），他是一位多产的实验家，但我们对他不甚了了。

1729年，格雷拿一根玻璃管，把它的两端塞住，观察在此条件下它是否仍能经摩擦而带电。他偶然注意到，除了玻璃管带电外，软木塞也带电，并能吸引羽毛。然后，他又取一根木杆把它的一端插入一个塞子中，另一端插进一个象牙球上的孔中。他发现，当玻璃管被激发时，象牙球能吸引羽毛，即电的作用已通过软木塞和木杆传到了象牙球。为了弄清这种传播究竟能达到多远，格雷就尝试用越来越长的木杆，最后用金属线或包扎绳来连接被激发的管和象牙球。他发现，吸引力始终能传送到后者，而且这种作用似乎可以向无限的远方传播。格雷同他的合作者格兰维尔·惠勒发现，当他们用包扎线来维持传导线路时，实验就失败，但当仍用丝线时，实验又成功。起初，他们认为，丝线比包扎线细因而带走的电素较少，但当他们用细黄铜丝时实验又归于失败。于是，他们认识到，“以前我们取得的成功乃维系于用来维持传导线路的线是丝质的，而不在于所用的线是纤细的”；“当电素来到维持线路金属丝或包扎线时，它就通过它们而传到它们两端固定于其上的木杆，因而不再沿通向象牙球的线路继续行进了”（Phil.Trans. ，1731，p.81）。电作用被传送的最远距离达765英尺。格雷的实验显示了，能把电性质传送到远处其他物体的物体和不能做到这一点，因而可用来保存电荷的物体（包括毛发、丝、松香和玻璃）两者截然不同。格雷表明，只要把受激发的管放在传导线近旁，电的效力就可以从这管传送出去。这样，他率先发现了电感应现象。

关于格雷所描述的许多其他实验，我们这里只能提到少数几个。他取两个大小相同的橡木立方体，一个实心，另一个中空，用毛发绳把它们悬吊起来，然后用一条传导线路联接两者，并将一根摩擦过的玻璃管置于这线路的中间，与两个立方体等距离，如此通过感应使两者起电。于是观察到，放在两个橡木块下方等距离处的黄铜箔受到相等的吸引。格雷和惠勒曾使形形色色东西起电，包括小男孩、公鸡、赤热的拨火棍、“伞”和世界地图，它们事先都用丝绳悬吊起来。有时格雷在起电前先把人或物放在一个松香块上，因而他实际上是绝缘凳的发明者。他曾把一个盛满水的小容器放在这样一个绝缘凳上，当把一根带电玻璃棒靠近水面时，他看到，玻璃棒附近的水上升而高出其余水面。格雷还证实了豪克斯贝关于电作用能透过玻璃的发现，并观察到一根尖顶铁棒悬在被激发的玻璃管附近时产生的发光放电现象。

格雷的发现使人明白了吉尔伯特对电物质和非电物质的区分，即后一类仅仅包括那些物体，电荷从它们一产生就迅即被带走。让·泰奥菲尔·德札古利埃（1683—1744）在继续格雷而做的一些实验中，把能够让电透过的物质称为导体，而把不具备这性质的，因而用来支承他实验中所用的传导线的物质称为电本体（electrics per se）或载体（supporters）（Phil.Trans. ，1739，p.193）。后一类物质可通过施作用于物体自身而激发电，而前一类则不可能由对它们的任何直接作用起电，而只能从一个电本体接收电。然而，他认识到，只要用水弄湿，电本体就可很容易地转变成导体。在这门新科学的解说和普及方面，德札古利埃也是一位重要人物。

电物质和非电物质之区分的真正本性大约在同时为其他几位研究者认识到。巴黎的夏尔·弗朗索瓦·迪费（1698—1739）便是其中之一。他做过许多电学实验，其中有些具有根本性的重要意义。他还证实了格雷的研究结果。他的主要发现见诸法兰西科学院的《备忘录》（1733—37年）以及《哲学学报》，它们可概括为以下两项：（1）一个电物体在带电时吸引一切非电物体，把电传给它们，于是排斥它们。（2）存在着两种对立的电：玻璃电和树脂电。英国读者是从1734年《哲学学报》上刊载的迪费的一封信得知这第二个极其重要的发现的。他在那封信中这样谈到它：

“机遇又赐予我一条原理，它更为普遍，也更为精彩……它给电学以新的昭示。这条原理就是：存在着两种断然不同的电；一种我称之为玻璃电，另一种为树脂电。第一种是玻璃、水晶、宝石、动物毛发、羊毛和其他许多物体的电。第二种是琥珀、柯巴脂、丝、线绳、纸和无数其他物质的电。这两种电的特征是，例如一个带玻璃电的物体排斥一切带同类电的物体；相反，却吸引一切带树脂电的物体”（Phil.Trans. ，Vol.ⅩⅩⅩⅦⅠ，p.258）。

迪费是通过他向巴黎科学院报告的一些实验（Mém.Acad.Roy.Sci. ，1733，p.464）而作出这一发现的。他曾有一个印象：一片由一块摩擦过的玻璃起电的金箔将被一切由其他摩擦而起电的物体所排斥。然而，这一假设证明是错误的，因为当他把摩擦过的树脂质物体靠近金箔时，金箔被它们吸引。正是这个实验还导致他那样命名两种电。后来，坎顿和维尔克的实验表明，迪费的命名是引人入歧途的，因为当用适当材料摩擦时，树脂质物体可以产生玻璃电，而玻璃质物体也可产生出树脂电。

如上所述，迪费继格雷之后指出，物体传导电荷的能力与其自身接受电荷的能力之间有联系。他表明，吉尔伯特的非电物体如果被“电”物质支承或悬吊起来，那就可被起电。这些电物体当时已开始被广泛用作绝缘物。例如，他成功地使一个由毛发绳或丝绳悬吊起来的人起电，并从此人身上引发火花。

继豪克斯贝工作之后，起电机在十八世纪里有渐缓的进步，尽管它曾极大地促进了对摩擦电现象的深入探究。豪克斯贝去世后大约三十年间，这类机器的潜力被人们忽视，产生电荷的方法一直是用沾有白垩粉末或其他类似物质的小块毛皮摩擦玻璃棒。设计和使用起电机的传统是1743年由莱比锡的C.A.豪森继往开来的。在他那年的著作《电学史上新进展》（Novi Profectus in Historia Electricitatis）中他描述了一种这样的机器。这种机器是一个玻璃球，借助绕在一个带有摇手柄的大轮上的一根线带快速转动它。在豪森装置的示意图中，一个男孩正被丝绳悬吊着，他的双脚触着旋转的玻璃球，因此他既作为一个摩擦者，又可以说是可由之引发火花的原导体（图96）。其后不久，G.M.博塞在他的一首诗《电》（Die Elektricität）（Wittenberg，1744年）以及《电学实验》（Tentamina Electrica）（Wittenberg，1744年）中描述了他自己作的一些改进。博塞宣称，他早在1737年就已用一个玻璃球来起电了。他不用被绝缘的人体，而代之以用丝线悬吊的铁管，用亚麻线使它与玻璃球连通。莱比锡电学家J.H.温克勒制造了一部有数个玻璃球同时工作的起电机。根据他的同乡吉辛的建议，他采用了机械摩擦物，它们是经白垩处理的皮垫，并借助弹簧压住玻璃球（Gedanken von den Eigenschaften，Wirkungen und Ursachen der Elektricität，nebst einer Beschreibung zwo neuer elektrischen Maschinen，Leipzig，1744）。他必定已认识到，必须把这种摩擦物接地。后来，这种摩擦物很快就成了既定型式。但是，温克勒在该书中还描述了一部起电机，其中由一块踏板操纵一根长玻璃管，使之前后移动，从而摩擦封闭在其中的一块织物。他还描述了一种绕轴旋转一个酒瓶的装置，它用一块踏板和弹簧操纵一根缠绕在轴上的绳索，绳索使瓶交替地沿两个方向转动，有点像用绞索操纵钻头。温克勒在《电物质的性质》（Die Eigenschaften der elektrischen Materie，etc.）（莱比锡，1745年）中描述了另一种机器，其中原导体被作为部件装进机器。J.G.克吕格尔认识到，原导体越长，它起电时给出的电击就越强（Zuschrift an seine Zuhörer，Halle，1745）；到富兰克林才认识到，（在给定环境条件下）电击取决于导电表面的面积。A.戈登在其《电学演示实验》（Versuch einer Erklärung der Elektricität，Erfurt，1745）中描述了一种他自己制造的机器，其中有一个玻璃圆筒顶住一块皮垫旋转（图97）。原导体是一根与机器其余部分分离的铁管；当机器开动时，铁管的一端被提升到离玻璃筒不到四分之一英寸的地方，用于收集电荷。（参见F.Rosenberger：Die erste Entwicklung der Elektrisirmaschine，载Abhandlungen zur Geschichte der Mathematik，Heft 8，No.3，1898。）其后在十八世纪中期起电机设计上又有进步，约瑟夫·普利斯特列在他的《电学史》（History of Electricity）（第3版，伦敦，1775年，Part V，Section II）中对此有所介绍。该书谈到的起电机包括沃森的起电机，其中三、四个同时旋转的玻璃球被摩擦（图98）；威尔逊的起电机首次用一个金属梳收集一个起电圆筒的电荷（图99）；里德的机器把原导体连同它的齿形集电器都连接到一个莱顿瓶的内部；在另一种机器中，借助齿轮传动装置使一个玻璃球快速旋转（图100）。普利斯特列注意到，有一种型式很特别的起电机（图101），它似乎是1766年前后由英根霍斯和拉姆斯登或许还有普兰塔各自独立发明的。这种机器主要是一个圆玻璃板；它在一个垂直平面上旋转，靠连接在通过圆玻璃板中央的一根铁轴上的一根曲柄驱动；玻璃板每一面在其垂直直径的两对端上设有四个垫子，它们摩擦玻璃板。原导体是一个中空的黄铜管，其上伸出两根带有集电尖端的水平分肢，与玻璃圆盘相距不到半英寸，各用来收集一对垫子激发的电。普利斯特列还描绘了他自己的起电机（Vol.Ⅱ，p.112f.）：“我对这个问题潜心钻研的结果。”他表明了两种形式，主要是一个球形玻璃烧瓶，一根金属轴被黏结到烧瓶的颈中，但不穿透玻球（图102）。摩擦物压在玻球上，通过旋转金属轴来转动玻球，由带尖端的金属丝轻轻扫过球面来收集所产生的电荷。

坎顿表明了如何用水银、锡和白垩的混合物处理他的油浸过的丝质摩擦物（它们作用于玻璃棒），由此产生较强的摩擦电（Phil.Trans. ，1762，p.457）。也有人用各种物质处理起电机的摩擦物，以增强它们的效力。其中冯·金迈尔用的包含锌、锡和汞的一种汞合金效果最佳（Journal de Physique，1788）。也有人试图给玻璃筒或球涂衬一种树脂合成物来改良起电机的性能。

努思注意到，当起电机在黑暗中工作时，在旋转筒离开摩擦物的地方会出现发光放电；于是，他认识到，所产生的电有许多又返回摩擦垫，根本未达到集电器。因此，他就在摩擦垫的筒离开它的那一面装上一个由经蜜蜡处理的多层丝织物构成的非导电盖片。由于吸引作用，这丝片便贴在圆筒上，作为防止电返回摩擦垫的屏障。努思还用一个导电盖片把摩擦垫的另一面与金属底座连接起来，从而便于电向圆筒受激处流动（Phil.Trans. ，1773，p.333）。

起电机很快风行起来，富有的业余爱好者所拥有的起电机最后占了绝大部分。摩擦电的其余主要现象这时很快被相继发现。电火花的引燃作用从炸药、乙醚、酒精和磷等等物质得到证明。图103示出这样的一个实验，图中电荷从起电机通过一个绝缘的人体传送到一种可燃物质。格但斯克的市长格雷拉特按这种办法用电火花把他刚吹熄的一支蜡烛重新点燃，且还表明，酒精甚至能用起电的水喷注点燃（Versuche u．Abhandl．der naturforschenden Gesellschaft in Danzig，1747，p．507）。

水能够被起电的发现，再加上想通过用非导体束缚电荷来保存电荷的愿望，大概促成了发现现在称为莱顿瓶的装置。在两个不同国家几乎同时各自独立地作出了这一发现。波美拉尼亚的牧师E.G.冯·克莱斯特于1745年下半年首先偶然作出了这一发现。他做了一个实验，把一枚用起电机起电的铁钉插进他用手握着的一个小玻璃瓶中。当他的手还握着这小瓶的时候，他用另一只手触及铁钉，结果被强烈地击了一下。当在瓶中加入一些水银或酒精重复这一实验时，这电击更为强烈。关于冯·克莱斯特实验的最早记载见诸J.G.克吕格尔的《地球的历史》（Geschichte der Erde）（哈雷，1746年）（Anhang von der Electricität，pp.177—81，此处录引了冯·克莱斯特致克吕格尔的一封信）。最令冯·克莱斯特惊异的是，仅当用手握住小瓶时才获得电击。如果在起电后把瓶子放在一张桌子上，用一个手指去触及铁钉，则并不看到火花，只听到一种咝咝声；但是，如果这时再次把瓶子握在手里，并用这手指去触铁钉，那就会感受到明显的电击。冯·克莱斯特在利用一支废弃了的温度计的玻泡和部分管茎时，得到了最好的效果。这玻泡装一半水，一根金属丝浸入水中，其上部伸出管茎顶端并弯成直角，其终端系一个小铅球。此后不久，冯·克莱斯特把他的发现告诉了一些朋友，而格但斯克的格雷拉特和J.H.温克勒又从那些人辗转得知了此事，并改进了原始发明。1746年4月，格雷拉特用多达二十人手拉手地构成的链给数个冯·克莱斯特瓶放电，那些人同时全都感到了电击。不论那些人站在地面上还是绝缘物上，也不论每个人是拉住另一个人的手还是握着接在相邻者身上的长金属丝端末，都得了同样结果。但是，当那些人臂挽着臂围成圆圈，或者他们用非导电物质联接时，实验便失败。格雷拉特注意到，构成这个电链的环节的人本身并没有起电。格雷拉特把几个冯·克莱斯特瓶并联而构成电池，发现在它们明显放电后，瓶中仍然存有“剩余电荷”。他用这种电池杀死了小鸟，他的医生朋友对这些小鸟进行了死后检验。格雷拉特说服了他的一些朋友，让他们在一个实验中每人拿着一个冯·克莱斯特瓶，用一只手握住捏手去顶住一个起电机的原导体，而另一只手抓住一根短金属丝。然后，另有一人把所有这些金属丝的自由端都握在一只手中，并用另一只手去触原导体，结果他比参加实验的伙伴受到强得多的电击。为了避免这种试验中令人痛苦的电击，格雷拉特决定不再用人体作电路的构分。温克勒曾用一根链条把数个冯·克莱斯特瓶从外面捆在一起，并将之与一个导电桌相联，桌子上伸出一根金属棒，与原导体构成一个火花隙口，而瓶的捏手被施加于原导体。一当开动机器，火花隙上便出现电火花，百步之外仍可听到其声音。格雷拉特由之受到启发，遂将四个冯·克莱斯特瓶安装在金属承座中，每个承座都有单独的金属丝联接到原导体正下方的一个铜球。把瓶的捏手与原导体相连，当开动机器后，铜球与原导体之间就通过大量火花。（关于格雷拉特，参见Versuche und Abhandlungen der naturforschenden Gesellschaft in Danzig，I，1747，pp.506—34；关于温克勒，参见Die Stärke der elektrischen Kraft des Wassers in gläsernen Gefässen，Leipzig，1746。）

1746年1月，勒麦向科学院报告了一封寄自莱顿的米欣布罗克的信。现将其主要部分摘译如下：“我要向您报告一个新鲜但可怖的实验，并奉劝您切莫亲自试验。……现在我正在搞一些电力研究；为此，我用两根蓝丝绳悬吊一个铁枪筒AB，枪筒接受从一个玻璃球传导来的电，玻璃球绕它的轴快速旋转，同时受到人手的摩擦。从枪筒的另一端B自由地悬一根黄铜丝，其端末浸入一个部分充水的圆玻璃容器D中。我用右手F拿着这玻璃容器，用左手E去引发已起电的枪筒发火花。突然，我的右手F受到强烈冲击，令我浑身战栗，就像遭到雷电轰击一般（图104）。尽管容器的玻璃很薄，却照例没有破裂，而我的手在这阵骚动中也没有移动，但手臂乃至全身有着一种难以名状的可怖感受。总而言之，我觉得我要完了。”米欣布罗克接着解释说，尽管玻璃容器的形状如何似乎没有什么关系，但容器必须是用德国或波西米亚产玻璃制成的，否则不会产生这种效应；甚至荷兰玻璃也没有用。诺莱读过这封信后，隔了几天又收到了住在莱顿的物理学家阿拉曼的报告，它描绘的也是这个实验。可是，阿拉曼在后来写给诺莱的一封信中指出，第一个发现米欣布罗克信中所描绘的那种效应的人是莱顿的一个名叫库内乌斯的富有的业余科学家。（参见修道院院长诺莱的论文，载Mém.de l’Acad.Roy.des Sciences，Paris，1746，pp.1—23。）

诺莱和L.G.勒莫尼埃没有理会米欣布罗克的警告，立即重复了莱顿实验。诺莱的实验成功了，用的是普通的法国玻璃容器，只要是干燥的就行。于是，他得出结论：在米欣布罗克的实验中，除了德国玻璃容器是干燥的而外，其他肯定都是潮湿的，这便解释了为什么用它们不能给出肯定结果的原因。诺莱发现，水作为充入容器的液体最好，但其他液体（特别是水银）也可以，只要它们不含硫磺或油，甚至粉末或铁屑也可用。另外，容器必须是玻璃的或瓷质的；即使硫也不能用来代替它们。电击的强度似乎取决于容器的大小。在同一卷《备忘录》（pp.447—64）中，勒莫尼埃描述了他自己利用莱顿瓶所做的一些早期实验。这些实验主要是观察让瓶放电的结果，放电通过的电路由人手拉手形成的链构成，或者用链条或长金属丝联接而成，后者能通过潮湿草地或新挖的土地，或绕在树木上而不减损电击的力量。勒莫尼埃成功地让电击通过浸在古王宫和王家花园的湖泊中的两根金属丝之间的水。为了测定放电的传播速度，勒莫尼埃在一所卡尔特教团修道院的一个场院上设置了两根平行的长金属丝。一个观察者用两只手抓住金属丝的两个远端，而两个近端，连接到一个充了电的莱顿瓶的外部，另一个连接到莱顿瓶的球形头（图105）。观察者判断电路闭合后瓶上通过火花的时刻和他感到电击的时刻之间的时间间隔。但所有观察者都一致说，他们觉察不到这间隔。

整个欧洲立即对这些发现深感兴趣，许多业余爱好者都致力于电学实验。1747年，威廉·沃森（1715—87）以及其他几位皇家学会会员成功地把电击传送过泰晤士河。他们让一个瓶通过一条外部线路放电，它包括一根跨过威斯特敏斯特桥的金属丝，通过三个操作者身体而完成，其中两人在河的两对岸把铁棒浸入水中，两者相距400码。当电路闭合时，三个人全都感到了电击，并发现，放电的强度足可点燃酒精。不久，在斯托克纽因顿进行了一次更大规模的类似实验（Phil.Trans. ，1748，p.49）。

在莱顿瓶初期的各种改进中，有一种是沃森作出的。贝维斯已在瓶外面涂上一层箔；他甚至似乎已用涂有金属箔的玻璃片制成了电容器。沃森也在瓶的内壁类似地涂上了衬里，而且瓶子里不再充液体，这样，他实际上使瓶成为今天的式样（Phil.Trans. ，1748，pp.92ff.）。他也是最早试图测定电在一根金属丝中传播速度的先驱之一。1748年，沃森和皇家学会的其他一些会员在舒特山用长度超过2英里的一条线进行了实验，得到的结果是否定的。瓶C（图106）通过线路CEFABD放电。在线路F处接入的一个观察者发生痉挛性动作的时刻和远处火花隙A通过一个火花的时刻间的时间间隔是觉察不出来的，这表明速度至少是很大的。欧洲各地以及富兰克林在美国很快重复了这些实验。

富兰克林谈到，他打算演示用传送过斯奎尔基尔河的电火花点燃酒精，“我们不久前做的这一实验使许多人大吃一惊”（Experiments and Observations on Electricity，5th ed. ，London，1774，p.37）。但是，当有人建议测量一个瓶通过一条主要由北美的江河溪流，甚至包括数百英里海洋构成的线路放电所花的时间时，富兰克林答复说，这样一个实验“仅仅表明，电流体在金属中极易运动；它绝不能测定速度”。他用类比解释这一点：“如果〔一根〕管子注满了水，我又在一端再注进1英寸水，那么在同一时刻在另一端我挤出了等量的水。而在管子一端挤出的水并不是同时在另一端硬注入管子的水；只不过同时在运动罢了。”（上引书，p.290）

我们可以顺便提一下，在电学研究上涉猎广泛的沃森大约于1750年观察了通过一根抽空的近3英尺长的玻璃管的发光放电。玻璃管的两端都由黄铜盖封住，通过盖子插进黄铜棒，铜棒的间距可以调节，而且其中有一根与一台起电机的原导体相连。他下结论说：一个导体之所以能累积起电荷，乃是因为有大气的存在（Phil.Trans. ，1751，p.362）。查尔斯·卡文迪什勋爵观察到通过托里拆利真空放电的类似现象。电火花能够在部分真空中通过相当距离的事实早已为德累斯顿的格鲁默特所注意到（Versuche u.Abhandl.d.naturf.Gesellschaft，Danzig，1747，p.417）。沃森的发现最后导致了盖斯勒管的发明，以及新近阴极射线和X射线的发现。今天，北极光也被解释为因通过地球的稀薄大气层放电所致。

人们注意到，冯·克莱斯特瓶（更为人知的名称是莱顿瓶）在外部绝缘时能够将电荷保留更长时间，但在这种环境条件下它不能再获得电荷（L.G.勒莫尼埃，Mém.de l’ Acad.Roy.des Sc. ，1746，p.447f.）。第一个对这些性质以及一般地对莱顿瓶的工作原理作出明确解释的人是富兰克林。然而，他关于电的本性的理论应当首先加以研讨。

由于有了这些空前的新发现，十八世纪物理学家便立即开始探究电现象的原因。十七世纪思想家普遍把它们归因于与带电体相结合的类物质电素。这类理论在一定程度上甚至延续到了十八世纪。例如，修道院院长诺莱设想，物体可能含有两组孔隙，当物体被起电时，电素便能从一组孔隙中流出来（这时似乎排斥相邻物体）而进入另一组孔隙（这时吸引其他物体）。液体经毛细管从容器流出的速度在整个装置被起电时会大大加快，这一发现似乎多少支持了他的观点。由于认为植物体和动物体就是毛细管的系统，诺莱便断言：起电或许能够加速植物汁液的流动和动物的排汗。他在两个置于相同条件下的类似的盆中播下同样的种子，只是其中一个盆在两个星期里每天被起电几个小时，另一个则不予起电。他发现，被起电的种子要早出芽两三天，而且长得也旺盛。接着他又用几对不同种动物进行实验，先称量它们的重量，给每对中的一个起电数小时，然后再称量。结果发现，被起电的动物通常比不起电的明显减轻。把各对动物掉换条件重复实验时，结果一样（Phil.Trans. ，1748，p.187）。

依照电是一种物质的假设，当可料想，物体在被起电后重量应有所增加。但是，一切想证明这一点的尝试都没有成功。在热学中也有同样的结果：物体在加热条件下和在常温下被称量时，重量没有变化。然而，却从未有人从这些实验中推断：电和热只是物体的状态。在试图解释光现象时已假设的无质物质的观念，这时便被扩充，用来解释电的、（与电相关的）磁和热的过程。进入十九世纪很久，无质物体的学说还在支配着物理学。朗福尔德首先就热动摇了这种观念。至于在一切分支中完全推翻这种观念，则是科学直到最近才在加以解决的一个问题。

尽管无质物体的学说不能满足因果性的高度要求，但是在十八世纪的知识阶段上，它却提供了唯一可能的解释。如果光现象可以归因于某种特殊物质的前进运动，那么，就必须假设进一步的物质作为热、电和磁过程的运载工具。在那些认为光现象是一种波动的物理学家看来，电的理论更为简单。例如，欧勒认为，一切电过程都可溯源到以太，他像惠更斯一样认为光是在以太中传播的。欧勒认为，电仅仅是这种以太的平衡的一种晃动。物体究竟呈现一种还是另一种电状态，则取决于以太是被强迫进入抑或驱出物体。

美国第一位大科学家本杰明·富兰克林的实验研究也受一种类似概念支配。富兰克林1706年出生于波士顿，是家中的第十个儿子。他父亲是一个肥皂制造商，为逃避宗教迫害从英国迁移到美国。他早年辍学，到他的一个从事印刷和出版业的兄长那里当学徒。在那年轻气盛的岁月，他进行过冒险和游历，其间在英国做过一个时期排字工。他返回费城后便开创自己的事业，办起了一份报纸。他的事业很快获得成功，并跻身社会名流。他因看到一个名叫彼得·柯林森的伦敦商人赠给费城图书馆的一些电学仪器，遂对电学发生兴趣。柯林森还是个博物学家、皇家学会会员，后来富兰克林与他有过书信往还。在数年中富兰克林断断续续地进行着电学实验，并向朋友重复演示它们。这种实验活动一直持续到1757年。此后，他便几乎全力投身于使美国摆脱英国的独立斗争，他是这场赢得独立的斗争的领袖。1783年他在巴黎签订了和约，后来回到美国在政府中任要职，直至1790年逝世。他是流芳百世的伟大民族英雄。

富兰克林相信有一种单一电流体不等量地渗透于一切物体。他假设，当一个物体中的电流体与外部的电流体处于平衡时，该物体呈电中性；但是，如果一个物体含有的电流体多于或少于正常数量，则该物体便以一种或另一种方式呈带电状——电流体超量时为正的，不足时为负的。按照富兰克林的观点，这种流体弥漫于整个物质世界，是一切电现象的原因。他写道：“电物质由极其精细的微粒构成。……电物质与普通物质的区别是，后者的构成部分相互吸引，而前者的构成部分相互排斥。……但是，尽管电物质的微粒相互排斥，它们却被其他一切物质强烈吸引。……当一定数量电物质被施加于一普通物质团块时……电物质便立即均匀地扩散到整个团块。……但是，普通物质（一般）也像电物质一样地含有电物质。如果外加更多的电物质，则它们便处于表面上方，形成我们所说的电雾；这时，我们就说这个物体是带电的。”（B.Franklin：Experiments and Observations on Electricity made at Philadelphia in America，5th ed. ，London，1774，pp.54—55.）当一个物体含有的电流体与其大小的比例大于另一物体时，如用一个导体把这两个物体联接起来，或使它们靠得很近，足以让电火花通过，则电流体将从前者流向后者，直到电流体在两物体间均匀分布为止（同上书，p.39）。

诚然，富兰克林的理论并未赢得普遍赞同。一些人试图用假设两种不同的电流体来解释两种不同电状态的存在。1759年，罗伯特·西默便提出了一个这种两流体理论（Phil.Trans. ，Vol.L Ⅰ，p.340）。他曾把一只黑色的和一只白色的长丝袜套在同一条腿上，然后把两只袜子都脱下来，再分开，结果观察到意外强烈的电效应。这使他注意起电学问题。他用几只长丝袜就能使一个莱顿瓶充相当多电，足可引起剧烈的电击或者点燃酒精。他在论文的理论性部分中指出：“按照公认的观点，电活动并非仅仅取决于单一的正效力，而是取决于正负两种不同的效力。两种效力通过对比，以及可以说是相互反作用而产生了各种电现象。”于是，一个带正电的物体便有一种电占优势，一个带负电的物体就有另一种电占优势，而在一个中性物体上则两种电流体的效应恰好平衡。

由于当时所能利用的证据有限，所以，一流体理论与两流体理论各自支持者的争执可能毫无结果。但是，这争执刺激了对同该问题有关的现象的实验研究。例如，西默便为自己的假说寻求实验证据，他（在富兰克林的协助下）考察了电火花击穿几刀 ^[1] 厚的纸所留下的孔。他察明这种孔是因某种东西从两个方向——从正向负和从负向正通过所致。另外，在解释为什么两个带负电的物体相互排斥时，两流体论者胜过一流体论者。

关于1747年到1755年间富兰克林所获得的实验成果，他是在许多信件中加以说明的，其中主要是致柯林森的信和向皇家学会作报告的信。富兰克林于1756年成为皇家学会会员。早期的信讨论了莱顿瓶的充电问题，他试图用他的电的一流体理论来解释充电作用。后期的信则谈到他在大气电方面的先驱性工作以及其他一些不很重要的问题。

关于富兰克林的莱顿瓶理论，最好用他自己的话来说明：

“当瓶的导线和顶端等等带上正或阳电时，瓶底同时带上完全相等数量的负或阴电；即从顶端无论进入多少电火，从瓶底就流出等量的电火。为了明白这一点，我们可以设想，在工作开始之前，瓶各部分的总电量为20；假定在管的每一动程，都进入等于1的量；这样，在第一动程后，瓶的导线和上部中的量将为21，而瓶底为19。第二动程后，上部将有22，底部为18，如此等等，直到20个动程之后，上部将含有等于40的电火量，而底部则一无所有；于是，操作便告结束，因为当底部已无电火可被放出时，上部也就无从有电火进入。如果你想再送入电火，那么，它将会通过导线返回，或者发出很响的爆裂声而从瓶侧飞出。

“若要恢复瓶内的平衡状态，通过内部连通或接触各个部分，是不可能达到此目的的；而必须在瓶外部非电地同时接触或靠近瓶的顶部和底部，在两者之间形成一种联系，这时恢复平衡的作用之激烈和迅速，是难以形容的。……”

“由于所有电火都被从瓶底驱出后便不可能再有电火从顶部送入瓶，所以，在一个还没有起电的瓶中，当没有电火能从瓶底出去时，也就没有电火能从瓶顶进入。当瓶底过厚，或者瓶被置于一个电本体之上时，情形就是这样。再者，当瓶被起电以后，如果不能从瓶底进入等量的电火，则通过接触导线也只能从瓶顶引出很少的电火。……”

“当电火突然从瓶顶经过人体到瓶底时，人的神经就会受到电击（或者不如说是痉挛）。……但由实验得知，欲使一个人受到电击，并非必须与地面连通；因为当一个人一只手持瓶而另一只手接触导线时，即使他的鞋子是干燥的，甚或站在蜡上，也将会像在其他条件下一样受到电击。……”

“把一个带电的小瓶放在蜡上；你手持一根干燥丝线，它悬吊一个软木小球，并使软木球靠近导线，于是软木球将先是被吸引，接着被排斥。当处于这种排斥状态时，将手放低，使小球向瓶底靠近；小球将会立时被猛烈地吸引过去，直到与其电火分离。”（上引著作，Letter Ⅲ）

在进一步的实验中，富兰克林还在一块窗格玻璃的两面涂上铅，用作电容器，它现在仍然称为“富兰克林窗格玻璃”，尽管斯米顿和贝维斯先于富兰克林提出这种电容器。

富兰克林之所以鼎鼎大名，主要是因为他通过实验成功地证明电闪是一种放电现象。

希腊哲学家为了寻求一种对自然过程的因果解释，以取代对它们的神话说明，曾把雷雨归因于硫磺的易燃蒸气，它们积聚在云中，冲破云时便形成电闪。甚至十七世纪时这种观念还盘踞着，而雷雨的真正本性一直没有人去猜想。在笛卡尔看来，雷雨是高层的云下落到低层云而引起的。欧勒曾讲到，猜疑电火花和电闪之间有联系的最早设想被认为是梦呓。但是，甚至直到十八世纪初还仅仅作为一种猜想提出来的东西，富兰克林却用实验为之奠定了确凿的基础。

早在1708年，沃尔便已在《哲学学报》（Vol.Ⅹ Ⅹ Ⅵ，p.69）上描绘了，他怎样把一块长琥珀从一块毛织物上拉过，结果产生闪光，并发出爆裂声的情景，以及如何用手指在受激的琥珀上移过一些距离，从这琥珀上就可引出1英寸长火花的情景。他把这效应比作雷和电闪。牛顿于1716年描述过一个类似实验，并作了同样的比较。在这方面走在富兰克林前面的另一个先行者是德国物理学家温克勒，他在1746年讨论过这样的问题：“（在冯·克莱斯特瓶中）聚积的电的电击和火花是否应看做为一种雷和电闪？”（Die Stärk.d.elektr.Kraft d.Wassers etc. ，Leipzig，1746；亦见Hellmann：Neudrucke，No.11）温克勒的结论是：雷雨和人为引发的放电之间只有强度上的差别，没有本性上的区别。他认为，水的蒸发以及由此产生的摩擦是雷雨连带的电的根源。

富兰克林最初在1749年宣布赞同雷雨的本性为电的观点，当时他提出下列证据证明电闪和电火花之间的对应关系：

（1） 所产生的光和声相似，而且这两种现象实际上都是瞬时的。

（2） 电火花像电闪一样也能使物体燃烧。

（3） 两者都能杀伤生物。（富兰克林曾用几个莱顿瓶放电杀死了一只母鸡。）

（4） 两者都可引起机械损伤，并发出一种像硫燃烧的气味（对此现象的研究后来导致发现臭氧）。

（5） 电闪和电都能沿同样的导体传导，而且极易到达尖端。

（6） 两者都能破坏磁性，甚或能颠倒一块磁体的极性。

（7） 两者都能熔化金属。（Experiments and Observations，5th ed. ，p.331.）

关于富兰克林对这最后一点提出的实验证明，富兰克林和他的朋友、实验伙伴金内斯利发生过争论。富兰克林用电火花熔化金属的方法是在两片玻璃圆盘之间放上一片锡箔或金箔，然后让一个大莱顿瓶通过箔片放电。结果金属被粉碎。富兰克林没有发现在这个过程中产生任何热，所以便称之为“冷熔”。他推想，电流透进了金属微粒间的孔隙，从而破坏了它们的内聚性。然而，金内斯利让一个包括三十五个电瓶的电池通过一根导线放电，由此表明，金属在这个过程中可被加热到赤热状态，甚至熔化。这一实验使富兰克林相信，电确实能够通过对其加热而把金属熔化，从而放弃了“冷熔”的观念。

富兰克林于1752年六月进行了著名的风筝实验，以此直接证明了电和雷云的联系。我们可以通过那年晚些时候他写给柯林森的信（1752年10月19日）来了解他的实验方法，信中他为如何重复这个实验作了说明。该信发表于《哲学学报》（Vol.Ⅹ L Ⅶ，p.565）。

他写道：“用两根轻杉木条做成一个十字，其臂长能够达到一块大的薄丝手帕展开后的四角；把手帕的四个角缚在十字的四端上。这样，你就做成了一个风筝的主体，再恰当地配上尾巴、环圈和线绳，它就可像纸做的风筝那样升上天空了。由于是用丝绸做的，所以这风筝在伴有大风的暴雷雨中经得住雨水和大风而不被撕毁。十字架竖直杆的顶端固定着一根头很尖的金属线，高出木杆1英尺多。线绳靠手的那一端系上一根丝带，丝带和线绳连接处系一枚钥匙。当一场风暴雷雨即将来临时，将风筝放上天空，持线人必须站在房门内或窗内，或者上面有遮盖的东西，以免把丝带弄湿。还要注意，不要让线绳与门窗的框接触。一当雷云来到风筝上方，尖头金属线就将从云里引发电火，而风筝以及整个线绳就会起电。……在〔那个〕钥匙处，小玻璃瓶可以被充电；如此得到的电火可用来点燃酒精，也可进行所有其他电实验，它们通常借助经摩擦的玻璃球或玻璃管来做。这就完全证明了，电物质与电闪是同一种东西。”（上引著作，Letter，XI）

富兰克林后来发现，雷云有时带正电，有时带负电。英国的坎顿证实了这一点（Phil.Trans. ，1753，p.350）。起初富兰克林猜想，雷云的电是由从海洋升起的水蒸气带上天空的，海洋里盐与水摩擦而产生电，海水磷光现象就是一个佐证。后来他发现，海水在瓶中存放数小时后便失去其发光性。于是，他就放弃了这个想法。法国人德罗默于1753年夏大规模地重复了富兰克林的风筝实验。他放的一个风筝长7.5英尺，用一根缠绕在一根铁丝上的780英尺长的线绳放到550英尺的高空。线绳固定在一根金属管上，从金属管可引发出8英寸长的火花。（参见Nollet：Letters sur l’Electricité，II，p.239。）值得指出的是，富兰克林在进行他的风筝实验之前几年就曾指出，用适当安装的尖顶铁棒可以从雷云收集电：“为了确定包含电闪的云是否带电，我特提出在方便的地方试做一个实验。在高塔或尖塔的顶端放置一个可以容纳一个人和一个电架的类似岗亭的东西。电架中部有一根铁杆弯曲地伸出门外，并向上伸展20到30英尺，末端极尖。如果电架保持干燥而又清洁，那么当雷云低低飘过时，站在电架上的一个人就可被起电，并能产生火花，因为铁杆从云引来电火给他。”（Experiments and Observations，5th ed. ，p.66）

第一个用这样的铁杆收集大气电的人大概是法国植物学家T.F.达利巴尔（在富兰克林的风筝实验之前）。达利巴尔应布丰的要求把柯林森于1751年加以发表的富兰克林早期信件的一部分译成了法文，这导致他亲自做了一些电学实验。他在自己译本的第二版（巴黎，1756年）中描述了这些实验，其中关于大气电的那部分实验又被转载于赫尔曼的《重印本》（Neudrucke）（No.11）。达利巴尔说明了，他如何在巴黎附近的马利架起了一根高约40英尺、直径约1英寸的尖顶铁棒，用丝绳把它绑在几根干燥的桩柱上，并将其下端弄弯，以便能安置在一个小木棚里的一张绝缘桌上。他希望能在铁杆顶端看到发光现象，并能从底端引发火花。他不在时就把观察任务委托给当地的一个名叫库瓦菲埃的身佩龙骑枪的兵，后者为安全起见，把一根黄铜丝接到一个作为绝缘器的瓶子上，由此消除火花。1752年5月10日，库瓦菲埃在一场雷雨中成功地观察到了预期的现象。作为见证人参加的牧师亲自从铁杆下端引发了约1.5英寸长的火花；他估计逐次火花之间的间隔的持续时间相当于叫一声爸爸和说一声一路平安。他事后发现自己臂上遭受过火花的地方有一道伤痕，而且他的朋友告诉他，他身上散发出硫的气味。

一周以后，德洛尔在巴黎用一根竖立于一块树脂上的、长99英尺的铁棒进行了类似观察。达利巴尔的成功还激励了L.G.勒莫尼埃去进行大气电的研究，他的有关说明见诸《法兰西科学院备忘录》（1752，pp.233f.；并转载于Hellmann，上引著作）。他在圣日尔曼的一片空旷地上树起了一根32英尺高的立杆，其金属顶端垂下一根约50英寻长的细导线，后者接到一根水平的丝绳上。1752年6月7日，在一场大雷雨中，他从这根导线得到了电火花；那些电火花具有普通电的一切特性。勒莫尼埃发现，非常短的尖顶铁棒（仅高出地面4、5英尺）在雷雨时能收集到电；并且他最后还发现，当他自己站在花园中央的一个绝缘体之上举起一只手时，他也带上了电。七月里他又发现，即使在平静之极的天气，他的装置上的导线也吸附了一些灰尘，不过他起初并未充分认识到这一点的重要意义，不知道说明大气总是或多或少地带电。

在英国，由于雷雨稀少，而设备又常被雨淋湿，所以，沃森和皇家学会其他会员最初想收集大气电的尝试大都难以进行。约翰·坎顿大概是英国第一位取得成功的研究者。他曾在1752年7月21日写信告诉沃森：“昨天下午5时许，我有幸尝试了富兰克林先生从云引取电火的实验。我用一根三、四英尺长的锡管，把它固定在一根长约18英寸的玻璃管顶上，获得了成功。我在锡管的上端用金属丝固定了三根针（锡管的高度尚不及房子上那排烟囱）。锡管的下端焊上了一个锡罩，以防雨水淋到玻璃管上。玻璃管竖立在一个木块中。雷鸣开始后，我尽快赶到我的设备跟前，但丝毫没有发现它带电，直到第三声和第四声雷鸣之间才看到。当我用指节碰触锡罩边沿时，感觉到并且听到了一个电火花；第二次接近它时，我在大约半英寸的距离上接到了电火花，而且看得十分清楚。在1分钟的时间中，我如此重复了四、五次，但是火花变得越来越弱。不到2分钟后，锡管就再也不呈现带电状了。雨在雷鸣时一直下个不停，但在做实验时大大减小”（Phil.Trans. ，1752，p.567）。

不过，这样的实验要比想象的危险。翌年，即1753年，圣彼得堡的里希曼在一场雷雨中检查他的静电计时，受到电击而立时身亡。这静电计与他架在屋顶上的一个导体的下端相连，电击正来自这导体。

富兰克林从实验想到可以用避雷针来保护建筑物、船舶等等。避雷针的最早记载见诸富兰克林于1750年7月29日寄给柯林森的《见解与猜想》（Opinions and Conjectures）（参见Experiments and Observations，5th ed. ，p.65）。富兰克林说明了，当用一根针的尖顶在一定距离之外对准一个起了电的导体时，这导体会放电。接着他指出，如果电闪与电火是同一种东西，则实验中的导体可代表带电的云，并且“难道这种关于尖端效力的知识不能造福于人类吗？如果据此我们在大建筑物的最高处架起直立的铁棒，它们弄得像针那样尖，外面镀金以免锈蚀，并从铁棒下端沿建筑物外侧垂下一根导线通到地下或绕船只支桅索盘旋而下，再沿船身侧面往下直到接触水面，那么，不就可以保护房屋、教堂、船舶等等免遭闪电袭击了吗？这种带有尖端的铁棒大概在一朵云临近到能产生电击之前便悄悄地把电火从云引出，这样，我们不是可以免受突如其来的可怕灾难了吗”？这一计划先在美国，不久又在欧洲引起广泛注意。富兰克林的计划是在一座建筑物的外部安装一根或几根铁棒，使电闪有一条畅通的导电线路从建筑物顶部到达潮湿的下层泥土之中。在泥土中的那根铁棒向外弯曲，以免损坏建筑物的基础。

富兰克林所以想到装设避雷针，主要是因为他研究了一个带电导体从一个尖端的放电，这种放电还可以产生一种电风，十八世纪后半期常常运用这种效应来开动一种凯瑟琳电轮 ^[2] 。他试图根据这样的假设解释这种现象：尖端附近没有足够的物质来借其吸引而克服电微粒之间的相互排斥，因而电微粒便向外散发到周围空气中去了。

1780年前后，在英国发生了一场激烈的争论：避雷针的顶端究竟应当是尖锐的还是粗钝的？争论的主要起因是如何保护珀弗利特的火药库免受电闪损害的问题。富兰克林主张用尖端导体，最后被采纳。本杰明·威尔逊及其他人持反对意见，认为尖端导体引吸电闪，而电闪本来可能无损害地过去了。双方都进行了演示实验。实验中，炸药库模型装上好几种式样的避雷器，“雷云”则是一些充电的和绝缘的盛水容器，它们在高空的座架上滑动。但是，这些实验都未提供十分令人信服的结果。（参见这个时期的《哲学学报》。）

在富兰克林同时代从事电学实验的许多人中，最突出的是两位大陆物理学家——维尔克和埃皮努斯。

约翰·卡尔·维尔克（1732—96）原籍德国，但一生大部分时间在瑞典度过。他在瑞典成为科学院的秘书，并以此身份在斯德哥尔摩大学讲授物理学。维尔克在《就职讲演：论相反的电》（Dissertatio inauguralis de electricitatibus contrariis）（罗斯托克，1757年）中确立了一个重要结果：当把两个物体一起摩擦时，总是产生两种起电。他把他所研究过的物体材料排成一个系列，其中每一项这样排列：当与系列中其下方的一个物体摩擦时，它带正电，而当与其上方的一个物体摩擦时则带负电。例如，系列中下列各项的排列顺序是：玻璃、羊毛、木材、火漆、金属、硫。维尔克的系列是后来相继出现的许多试图构成这类系列的尝试的第一个，这些系列中以扬和法拉第的最有名。这种表中任何给定物质占据的位置并不是固定不变的，因为这不仅决定于各种物质的性质，而且还决定于其间发生摩擦的两个表面的状况。英国的一位机敏的实验家约翰·坎顿（1718—72）沿着与维尔克和埃皮努斯类似的路线工作，也注意到这样的事实：一种给定物质在摩擦时产生的电荷可以是正的，也可以是负的，视表面的性质以及所用的摩擦物的性质而定。他在同一根玻璃管的两对端上产生了相反符号的电，由此证明了这一点（Phil.Trans. ，1754，p.780）。维尔克倾向于两流体的电理论。他援引下面的事实来支持它：一个带电的和绝缘的导体上的一个尖端，甚至当导体所带的是负电时，也可以观察到它产生发光放电，并伴随着从中流出气流，而根据富兰克林的理论当时还难以解释这一点。

维尔克发现了一种新的产生电的方法。他发现，硫和树脂在熔化后再放进一个绝缘陶瓷容器中让其凝固时，会强烈地带负电，这是可熔性非导体的特有的一个性质。（参见Konigl.Svenska Vetenskaps Academiens Handlingar，或Kästner的德译本。）

维尔克在他们许多研究中的一个合作者弗朗茨·乌尔里希·特奥多尔·埃皮努斯（1724—1802）是柏林科学院的天文学教授，后来定居圣彼得堡，在那里教授物理学，并管理师范学校。他写下了许多电学和天文学的论文，但他最重要的著作是《电和磁的理论精解》（Tentamen theoriae electricitatis et magnetismi）（圣彼得堡，1759年）。他的理论与富兰克林的颇为相似，因为它假设一种无所不在的电流体，电流体由相互排斥的微粒组成但它们吸引普通物质的微粒，并趋向于平衡分布。然而，埃皮努斯对电知识的主要贡献乃关于今天所说的电感应和热电。

大约于1753年，坎顿研究了将一个带电体接近由两根亚麻线悬吊着并相互接触的一对软木球时的效应。他发现，在这种条件下两球相互排斥，尽管没有电从带电体传递给它们；但是当把带电体撤走后，两球又重新并拢（Phil.Trans. ，1753，p.350）。他把这种现象归因于包围着带电体的“电雾”——当时的一个通常概念——的作用。坎顿还观察到，当将一个带电体靠近一个绝缘的中性导体时，后者能显现两种相对的电荷；最靠近影响电荷的一端是与之符号相反的电荷，离得最远的一端是相同符号电荷。当这影响电荷移开后，导体便又成为中性的。

维尔克和埃皮努斯更精确地重复了坎顿的实验。维尔克观察到，当被置于一个带电体附近的一个中性物体短暂接地后，它就获得了与这影响物体电荷相反的电荷。埃皮努斯解释说，这是因为带电物体上过多的流体把流体从中性物体中排挤了出去的缘故。维尔克和埃皮努斯制造了一种早期形式的平行板电容器，同时还否证了当时流行的观点：为要在莱顿瓶内外衬里上积聚起相反的电荷，构成莱顿瓶的玻璃是必不可少的。他们在两块木板上涂以金属，然后把它们隔开几英寸平行悬置。他们将其中一块板绝缘并充电，将另一块接地。当一个实验者同时接触这两者时，感受到了强烈的电击。埃皮努斯推论，以这种方式积累电所必需的仅仅是一对用一个非导体隔开的导体。他同维尔克一起对一块富兰克林窗格玻璃进行了一些有趣的实验，其上的金属涂层可随意去除。

埃皮努斯对导体和非导体之间的关系提出了很合理的见解。他认识到，不可能在两者之间划出一道截然分明的界线。差别仅在于不同物质对一个电荷通过所给予的相对电阻。导体的电阻很小，而非导体则具有相当大的电阻，因而通过这些物质放电时需花费多得多的时间。这些思想后来成为法拉第剩余电荷理论的基础。

感应起电的发现令人们联想到电荷作用和磁极作用之间有某种（尽管带点幻觉性的）类比。十八世纪开始认真研究的热电现象提供了一个有些相似的类比。

习惯用火检验宝石的珠宝商人早就知道，电气石在被置于灼炽的煤上时，吸引灰末，旋即排斥它们。这种奇特的效应与一个带电体对一个悬置木髓球的作用相似。甚至在十八世纪初就已猜想它本质上是电的效应。埃皮努斯仔细研究了这种效应（又是与维尔克合作进行）。他于1756年（Hist.de l’Acad.de Berlin，p.105）和1762年（Recueil de différents mémoires sur la Tourmaline，St.Pétersburg）发表了他的研究结果。他发现，当加热电气石晶体时，一端带正电，另一端带负电。这样的起电类似于一个磁体两端的相反极性。乌普萨拉的柏格曼后来研究了这一现象，表明它与晶体的绝对温度无关，而取决于温度的变化（Swedish Acad. ，1766）。只要温度保持恒定，则不论在什么温度上，晶体都保持中性。当温度升高时，一端带正电，另一端带负电；当温度下降时，符号相反。威尔逊得到了相似的结果（Phil.Trans. ，1759，p.308，和1762，p.443）；坎顿也得到了类似的结果，他表明，一块热电晶体上出现的电荷不但符号相反，而且数量相等（Phil.Trans. ，1762，p.457）。逐渐地又发现了其他一些这样的宝石。豪伊约于1800年试图把它们的热电性质与它们的晶态关联起来。不过，现在已弄清楚，热电现象是极其复杂的。

---

[1] 一刀纸有24张。——译者

[2] 一种轮圈外缘装有倒钩的车轮。——译者