富兰克林和雷电（上）

王元红

在一些神话故事中，电闪雷鸣被认为是神灵在表示愤怒。在过去，对大多数人来说，雷电是神秘的。然而，科学家为了寻找真理，勇往直前，其中第一个从事雷电实验的人——美国著名物理学家、政治家富兰克林，便是家喻户晓的一位。

大家都听说过这个故事：1752年的一天，阴云密布，电闪雷鸣，一场暴风雨即将来临。富兰克林和儿子威廉带着特制的风筝来到一个空旷的地方，风筝线的末端系着金属钥匙。富兰克林将风筝高高举起，威廉则拉着风筝线飞快地奔跑，风筝迅速被放飞到高空。之后，富兰克林和儿子一起放着风筝，焦急等待。不一会儿，一道雷电出现在风筝上方，富兰克林用手靠近金属钥匙，电火花产生了，这电火花和他在实验室中发现的电火花相同。他抑制不住内心的激动，大声喊：“威廉，我捕捉到电了！”回到家以后，富兰克林进行了各种电学实验，最终证明了天上出现的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。

在科学探索的道路上，科学家始终在前赴后继。俄国也有一位科学家对天上的雷电做过实验，他叫利赫曼，是最早探索雷电安全利用的专家。利赫曼和助手罗蒙诺索夫在观察雷电3年多后，得出一个结论：打雷闪电就是天空放电。在迷信的时代，这个结论是很大胆的。为了捍卫自己的学说，利赫曼设计了一个实验：在屋顶上竖一根长长的铁杆，下面捆着一根铁尺，目的是把天上的雷电引到屋里以供观察和研究。在一个电闪雷鸣、风雨交加的夜晚，利赫曼在屋里，罗蒙诺索夫则爬上屋顶，兩人都十分期待把天上的雷电引到屋里。不料，伴随一道闪光和炸雷，正在等待的利赫曼因靠近有金属的仪器而被雷电击中，倒地死亡。罗蒙诺索夫把利赫曼安葬后，又冒着生命危险继续开展对雷电的实验……

在这两个雷电实验中，利赫曼被雷电击中而死，富兰克林亲手“触摸”了雷电，却安然无恙。如今，有些人对富兰克林的风筝实验提出质疑。

首先，那个风筝能飞那么高吗？按照现代气象学的理论，出现雷电的云一般为积雨云。积雨云发展旺盛时会出现雷暴，这是伴有雷击和闪电的局地对流性天气。这时一般还会刮大风，所以在大家的印象中，先刮风，后下雨，“山雨欲来风满楼”就是描述这个现象。那么，问题来了，在有这么大风的情况下，风筝能飞到积雨云中吗？这不是不可能，但是很难！一般风筝竞赛规则会规定比赛时风力的区间，风力不在区间范围内，比赛不举行。因为风太小了或风太大了，人们都不好放飞风筝。

其次，这么大的电流和电压不会伤害富兰克林吗？云层中聚集着大量电荷，且云中电荷分布比较复杂，总体而言，云的上部以正电荷为主、下部以负电荷为主。云的上、下部之间有电位差，在电位差达到一定程度后，云会放电，这就是我们常见的闪电。闪电一般会伴有雷声，所以人们干脆称其为雷电。雷电的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培;雷电的电压很高，为l亿至10亿伏特。一个中等强度雷暴的功率可达1000万瓦，相当于一座小型核电站的输出功率。电流、电压都这么大，如果一个人触及雷电，后果不堪设想。有人做过类似实验，把电压升高到48万伏特，然后让一个假人去触碰金属钥匙，结果电火花确实产生了，但假人心脏处的仪器记录到的电量远远超过可令人死亡的电量。如果把电压升高到闪电的真实电压，也就是1亿伏特以上，这个假人可能变成灰烬了。

当然，还有其他疑问，但人们质疑最多的就是这两点。客观地讲，大家提出这两点疑问是有理由的，并不是在乱说。那么，富兰克林的风筝实验到底是怎么回事？难道他骗了我们吗？