1  電學
    很久以前，羅馬人記載了一種生活在地中海里的魚，這種魚能夠從很遠的地方發(fā)射出令人感到痛的刺和針。人們對這種魚的特性感到十分吃驚，因為它所發(fā)射出的針只能讓人感到痛，但人們卻根本看不到它。羅馬物理學家曾經(jīng)用這種魚來治療令人痛苦的關節(jié)炎，也可以用它來治療頭痛和其他不適。
    這種叫做魚雷的魚，是電魚的一種。所有偉大的古代文明，包括羅馬文明、埃及文明和希臘文明都對至少一種電魚有很全面的了解。但是卻沒有人知道，究竟這種魚有一種什么樣的神秘力量，能夠讓它在水中遠距離地使人感到麻木。
    當今很多的技術都需要電來維持，雖然這些電的產(chǎn)生和電魚產(chǎn)生電的方式不同，但是原理是一樣的。古代的人們無法有效地利用這種巨大的能量，是因為他們不懂得電學。電在現(xiàn)代社會和自然中都是普遍存在的。它具有廣泛的應用，一個令人極其難忘的例子可以在雷雨時的天空中看到。
    閃電
    雖然閃電發(fā)生在瞬間，但是卻不可能被人們忽視。閃電的亮度差不多有100萬個燈泡那么亮，它的能量可以使任何東西燒焦或蒸發(fā)，閃電是能量最大的電現(xiàn)象。
    在人們知道閃電是一種電現(xiàn)象之前，人們看到閃電時總是帶著敬畏之情，并被它的魅力所吸引。最早的有關閃電的理論和電沒有什么關系，這是因為閃電看起來和電魚沒有什么相似之處，它和古希臘人摩擦產(chǎn)生奇特吸引力和排斥力的琥珀和毛紡面料也沒有什么共同之處。直到美國著名的政治家、實業(yè)家、科學家本杰明·富蘭克林發(fā)現(xiàn)之后，人們才知道閃電和電有關。
    1752年，富蘭克林在一個雷雨天氣里在戶外用風箏和鑰匙做了一個實驗。通過實驗，富蘭克林得出電是由流動的電荷引起的，而閃電則是由大氣層中的電荷引起的結論。在富蘭克林的實驗中，這些電荷沿著濕的風箏線傳下來，富蘭克林用系在風箏線上的鑰匙上發(fā)出的火星證實了這些電荷的存在。
    現(xiàn)在，物理學家們已經(jīng)知道了大氣中的摩擦產(chǎn)生了電荷。當一些小的顆粒，比如水滴或冰相互碰撞或相互摩擦時就可以發(fā)生這樣的現(xiàn)象。在其他因素中，風吹散這些電荷，于是在地面和空氣上方就產(chǎn)生了巨大的電場力（由庫侖定律得出，在知識窗中會有講解）。有時候電力很大，可以被人們感覺到，人們就會感到頭發(fā)豎了起來。這是一個電現(xiàn)象：頭發(fā)上聚集了相同電性的電荷，它們相互排斥，使得頭發(fā)之間相互排斥，頭發(fā)就豎了起來。
    大氣中的電荷和電場有著很強的相互作用。異種電荷相互吸引，如果可能的話它們就會聚集到一起，但是有力量會阻止它們的聚集，所以，它們是不可能聚集到一起的，直到這種阻力增強到一定程度，就會穿過天空，放射出一道亮線，這就是閃電。
    閃電通常是由一系列的電擊形成的，通常由4次電擊組成。電荷的運動，稱為電流，使得異種電荷聚集到一起。閃電是兩種物質(zhì)或兩個部分之間的電荷流動，這兩種物質(zhì)可以是兩片云團或一片云團和地面。在極短的時間里，由電流產(chǎn)生的能量就可以使閃電的溫度驟然間上升到幾千華氏度，使得空氣中的分子釋放出光。閃電溫度非常高，如果它射到地面上，可以熔化沙土，形成一種透明的物質(zhì)，叫做閃電熔巖。
    在任意的時間里，全世界都有大約2 000場雷雨。每秒就可以產(chǎn)生100道閃電。閃電可以引起大火，擊碎木頭，破壞電擊附近的電氣設備。閃電還可以電擊使人致死。僅僅在美國，每年就有大約80—100人因為被閃電電擊而死。
    雖然現(xiàn)在人們知道了閃電是一種電現(xiàn)象，但是，在幾百年前，人們相信鐘聲可以避免閃電。這種錯誤的信念使得很多敲鐘人不得不在雷雨天爬到很高的建筑物上去拉繩敲鐘，因此，很多敲鐘人都因為被電擊而受重傷。直到物理學家指出在雷雨中最危險的行為是攀登到高處，此后這種奇怪而可悲的行為才得以停止下來。由庫侖定律可以得出，當兩個電荷之間的距離縮小時，它們之間的電場力會增加。大氣中電荷問的電場力十分巨大，大到可以從地面上高的物體上吸引火花——這無疑是在向閃電的電擊發(fā)出盛隋的邀請。
    人們可以利用閃電的這種更易于電擊最高物體的性質(zhì)，使其他物體避免受到電擊。閃電在一定程度上是不可預計的，但是它電擊的目標只和高度有關。在某種意義上，這是事實，因為并非在雷雨襲擊范圍內(nèi)的最高的物體就會被電擊，而是在閃電發(fā)生附近相對最高的物體會受到電擊一也就是說，在群體中任何一個相對高度突出的物體。一棵樹或一棟房子，要是比周圍其他物體高，那它就會被電擊到，或者一位站在平坦的高爾夫球場上的運動員，他比周圍物體高，他就有可能受到電擊。摩天大樓是閃電電擊的最好目標。每年，閃電都會數(shù)百次地電擊像芝加哥的希爾斯大樓和紐約的帝國大廈這樣的摩天大樓。
    金屬為電荷流動提供了很好的通道，也就成為電擊的最好目標，這在之后的章節(jié)內(nèi)會詳細講述。這也是為什么人們在猛烈的雷雨中最好不要待在管道、水甚至電話旁邊的原因。如果流動的電荷不能找到一條方便快捷的金屬通道，或是因為一些原因流動受到了阻擋，那么它們就會尋找其他通路，這些通路也包括人體。
    為電荷尋找一條安全快捷的通道流動就是避雷針的原理。本杰明·富蘭克林最早發(fā)明了避雷針，它可以為電荷的流動提供一條最簡捷的通路，如果避雷針安放正確，它會比周圍的其他物體都高。避雷針可以將閃電的電擊傳到地面，如果電擊襲來，它就會順著避雷針傳到地面，不會造成傷害，地球足夠大可以供電荷分布。
    粘在一起的襪子和跳動的火花
    粘在一起的襪子看起來和閃電沒有什么共同之處，但是事實上它們有相似之處。它們都是靜電的一種。
    任何一種摩擦都可以分離電荷。用毛紡面料摩擦琥珀可以分離電荷，大氣中的粒子碰撞也可以。在甩干機里翻滾的襪子也可以產(chǎn)生電荷，摩擦分離出正電荷和負電荷，由庫侖定律得出，它們彼此間存在相互作用力。這種力被稱為靜電力，因為它們是電場力的一種，但相對不變，保持靜止——直到放電現(xiàn)象發(fā)生。閃電是最令人印象深刻的例子，而靜電力產(chǎn)生的火花卻隨處可見。
    ……