電流體
1746 年,萊頓。彼得·範·公尺森布魯公克用起電機給瓶中的水充電,一手握住瓶子,一手碰到導線,結果受到極猛烈的一擊,他寫道:就是給他整個法蘭西王國,他也不願再來第二次。原來電可以像液體一樣,積存在一隻瓶子裡。
富蘭克林在費城用一種流體來解釋這件事。流體存在於一切物體中。某個物體所含的流體多於正常量,就帶正電;少於正常量,就帶負電。摩擦並不產生流體,只是使它從一處流到另一處。作為物質的流體隨著電子的發現而消失,但正號、負號以及電荷守恆卻永遠保留了下來。
| 記號 | fluid · electric fire · 度量 Fr |
| 當時如何估量 | 看火花的長度、電擊的強度、驗電器金箔張開的程度 |
| 當時的假設 | 一種無重量的流體 · 過剩為正,虧缺為負 · 守恆 |
| 引入與廢棄 | 杜菲的雙流體,1733 · 富蘭克林的單流體,1747 · 湯姆孫的電子,1897 |
| 今天的寫法 | 電荷 Q,單位庫侖 · e = 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C(精確值) |
| 典型值 | 15 µC — 萊頓瓶 · 15 C — 閃電 · 1 Fr = 2.08·10⁹ 個電子 |
01 · 定義
正是過剩,負是虧缺
用絲綢摩擦玻璃棒。按富蘭克林的說法,流體從絲綢流到了玻璃:玻璃得到過剩,為正;絲綢出現虧缺,為負。一個物體增加多少,另一個就減少多少,總和不變。
正負號是富蘭克林隨手選定的,而且選得不走運:導線中真正奔跑的是電子,而電子帶的是負號。所以教科書裡的電流從正極流向負極,電子卻迎面逆行。但流體的首要規則是對的:在任何實驗中,電荷都守恆。
轉移了多少
兩個容器——玻璃和絲綢,虛線是流體的正常液位。滑塊表示用絲綢摩擦玻璃的次數。虛線之上的藍色是過剩,為正;虛線之下的紅色是虧缺,為負。底部的條帶是電荷之和,它始終為零。容器下方是今天的寫法:電子從玻璃轉移到了絲綢。
給瓶充電,等待火花
主要操作是「轉動機器」按鈕。左邊,玻璃球在摩擦墊上摩擦,藍色的電流體液滴沿導線流進瓶的內層塗層。電流體越多,電壓越高。右邊是放電間隙:兩個黃銅小球,間距由滑塊設定。當電壓升到足以擊穿空氣——約每公釐 3 kV——黃色火花就會蹦出,瓶子隨之放空。右側的螢幕按時間記錄電壓。時間是真實的。
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02 · 換算
| {n} | {v} | {note} |
富蘭克林是這樣一個電荷:它在 1 cm 的距離上以 1 達因的力排斥與它相同的電荷。它等於 3.335 64·10⁻¹⁰ C,約二十億個電子。這個單位於 1941 年以富蘭克林的名字命名。
安時是電流為 1 A 時一小時內通過的電荷:3600 C。一塊 4000 mA·h 的手機電池儲存 14 400 C——按電荷算近乎一千次閃電,但電壓只有 4 V。
03 · 數量級
04 · 測量儀器
05 · 書寫規則
06 · 相鄰單位
07 · 歷史部分
人們用手邊的東西來度量流體:火花的長度、電擊的力度、電池組裡瓶子的數目。1785 年,庫侖首次給出了力的定律,電荷由此成為帶單位的量。在 CGS 中,單位是富蘭克林,在 SI 中是庫侖,由安培和秒導出。
自 2019 年起,一切都落在了「一滴流體」上:元電荷 e 被精確固定為 1.602 176 634·10⁻¹⁹ C。一庫侖約合 6 241 509 074 460 762 607.776 個元電荷,後面的數位想數多少就能數多少。事實證明,流體是有顆粒的。
一滴酸改變果汁的顏色,鹽為火焰染色,水被輕敲一下就結冰。下面是 Simetrium 的全部頁面,按學科和字母順序排列。
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