一统全球 第二部 全面发展 第56章 电磁研究(下)

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193年,卫温归来证明地圆学说的正确性不久,张鲁就发表了万有引力定律,这就解释了为什么人可以在地球的另一端生存而不会掉下去的问题。同一时间,张鲁的学生,毕业于洛阳师范大学的物理学研究生朱启明发现了电荷之间相互作用的规律。随后,又在马钧的帮助下发明了扭秤,根据固定在金属丝上的镜子对光束的反射测出了金属丝在两个通电小球相互吸引下发生的微小偏转角,然后根据扭转的角度,精确地测量出了这种难以感知的力的大小。其灵敏度远超使用砝码的天平和弹簧秤。

朱启明使用扭秤精确测量了各种情况下力的变化,发现了它们遵循的规律:这种相互吸引或排斥的力与电量的乘积成正比,与距离的平方成反比。它的数学形式很像之前他的导师张鲁推导出来的万有引力公式。不同的是,张鲁的公式是出于理论上的推断,而朱启明则完全是通过精细的测量归纳出这一定律的。因此,这个规律被命名为“启明定律”,即前世中的“库仑定律”。

193年11月12日,洛阳医科大学解剖实验室发生的一件“怪事”改变了电学的研究方向。

当时,华佗正在给他的学生讲解青蛙的解剖实验,一只解剖过的青蛙放在讲台的金属工作台上。华佗在讲解的过程中无意间用手术刀触碰放在工作台上的青蛙时,发现早已死去的青蛙,其肌肉会像青蛙活着的时候一样收缩震颤。随后他们把青蛙肢解,仔细研究后发现,只要有两中不同的金属制成的物体同时触碰青蛙肌肉的不同部位时,就会观察到青蛙肌肉的收缩。

这一意外发现迅速被送到了还没撤消课题的物理研究所电力研究小组进行深入研究。其时,朱启明已经接替张鲁成为研究小组的组长,张鲁专心研究他的万有引力去了。

朱启明认真重复了华佗的实验,认识到这个可能是金属物体在水的参与下和某些物质发生了化学反应,然后产生了电。流动的电荷形成电流,刺激了青蛙的神经系统,引起了肌肉的收缩。

为了验证他的设想,他用自己的嘴做了一个实验:用舌头舔一片锡箔,再用一只银勺触碰舌跟,舌头上出现了一种令人很不舒服的麻醉感,他的实验与他的设想符合。

随后,为使他的设想得到更有力的证明,朱启明发明了非常灵敏的验电器。利用静电排斥力引起金属箔片分开的角度变化,测量微小的电压。

他研究过锌、锡、铜、银、金等易加工又不易锈蚀的金属材料和石墨,发现这些材料中的任意两种与溶液接触,都会产生电压在验电器上反应出来。材料不同,产生的电压也不同。

194年2月,朱启明发明了人类历史上最早的化学电源。他在一侵透了盐水的皮革两侧分别贴上锌片和铜片,用金属导线把锌片和铜片连接起来。然后就感觉到金属导线在微微发生变化,看见锌片和铜片与皮革接触的地方发生了化学反应。

为了让人们对他的发明有深刻的印象,朱启明设计了一个恶作剧般的实验。他用几十片铜锌做成的电极分别夹着侵透盐水的绒布,叠成一个高高的柱子,用两条金属丝分别与最上面的锌片和最下面的铜片相连,金属丝的另一端分别置入盛水的盆中。然后,他问谁敢把两只手同时伸进这两个盆里?结果他那些敢于冒险的同事和同学无一例外的遭到了强烈的电击。

朱启明发明的化学电源很快被人们接受,这种装置里两个金属电极之间好象有一种神奇的力量推动着电荷运动。为了纪念朱启明的贡献,这种电源就被称作“启明电池”。

朱启明发明的化学电源最初最大的应用还是回归在华佗的医学上,用来电击处于休克状态的危急病人。用这种方法,洛阳医科大学附属医院在1年的时间里救活了28位本该死去的病人,使朱启明声明大震,隐隐成为大汉物理学界第二代的领军人物。

194年,机械研究所已经能够制作出许多种柔韧细长的金属丝。这些金属丝具有良好的导电性能,在空气中不易锈蚀,它们逐渐成为物理学家研究电荷运动必不可少的材料。在物理研究所里,电池和金属导线已经取代了起电机和“郑易瓶”,物理学家有可能充分研究流动电荷产生的各种效应。

从古籍中的记载中知道,自商朝开始人们就有“电”“磁”的记录以来,从没有人把电和磁联系起来,人们一直认为电和磁是互不相干的两件事,仅仅对它们进行孤立的研究。但张鲁的另一名学生,在洛阳师范大学兼职物理学讲师的硕士研究生郭儒铭认为,既然电能产生热、产生光,还会发出声响(指放电时发出的“啪啪”的声音),那么电就有可能会产生磁,他希望能找到电产生磁的证据。

195年3月,在一次讲授“各种电与磁的现象”的课堂上,郭儒铭给他的学生演示了现在能够做的各种电和磁的实验。当他举起手中的指南针向学生讲述指南针的发明应用和地磁场的作用时,发现磁针并不是指向南方的,而是在水平方向上偏转了一个很大角度。他注意到,刚才做过实验的启明电池和相连的导线没有断开——是电流引起了磁针的偏转。

195年4月,郭儒铭在《科技月刊》上连续发表了三篇科技论文,在论文中指出线圈通电时对磁针的作用与磁铁相似。他推断磁铁之所以能够使磁针运动,是由于磁铁内部存在着环行电流,而且他认为磁针之所以指向南北方向,是因为地球内部存在着与赤道方向一致的环行电流,磁在本质上是电荷运动的结果——只有运动的电荷才能产生磁。

随后,他于根据“启明定律”的启示发现通电导线之间也存在着相互作用力,电流方向相同的导线相互吸引,电流方向相反的导线则相互排斥,这种相互作用力可以延伸到很远的地方。然后他又用实验证明通电导线对磁针的作用力与电流成正比,与距离成反比。

只用了4年多的时间,科学院就完成了电的基础研究工作,建立了电磁学的基本框架,可以说进展神速,为后来的电磁研究打下了一个坚定的基础,也使大汉的科技实力急剧上升,达到了一个这个世界上其他国家望尘莫及的高度。人类利用电力进行生产生活的时代就要来临了。

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