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最先称量地球的人:卡文迪许(2)


  以身测电水、氢奥秘

  卡文迪许一生中持续时间最久、最艰苦的科学研究,是他对电学方面的研究,这一研究直到1781年才结束。他首先研究了两个带电体的相互作用,在多次试验的基础上,他明确地指出,同种带电体的相互作用是相互排斥,不同种带电体的相互作用是互相吸引,相互作用力随距离的某次方(小于3次)成反比地变化。这为后来发现的库仑定律奠定了基础。他的关键性的实验连同一个推广的理论结果构,成了一篇未发表的论文纲要。

  他先于法拉第证实了电容器的电容与两极板间的物质有关,揭_|示了电介质极化存在束缚电荷这一事实。此外,他还先于欧姆发现.导体两端的电势差与通过它的电流成正比。更令人惊异的是,卡文迪许是在当时还无法测量电流强弱的条件下,用自己的身体作为一只测量电流的仪表而得出这一正确结论的。他当时是用手指抓住电极的一端,根据仅仅是手指,还是手指到手腕,或是手指一直到肘关节都感到电振,而来估计出电流的强弱。遗憾的是,这些成果当时没有完全公开发表,书面发表的只有两篇文章,而且这两篇文章涉及的材料并不是最重要的。

  直到19世纪中叶,英国物理学家开尔文勋爵在查阅皇家学会档案时,才发现了卡文迪许的许多手稿。后来,英国著名物理学家麦克+斯韦花费了他一生中最后的5年时间,整理了卡文迪许留下的大量资料、实验记录和文稿,并于1879年出版了《尊敬的亨利•卡文迪许的电学研究》一书,这才使我们得以了解他的工作和成果。

  卡文迪许在电学方面的研究成果是多方面的,正如麦克斯韦在《尊敬的亨利•卡文迪许的电学研究》一书中所指出的那样:“这些论。文证明卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实,这些伟大事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。”

  在化学方面,卡文迪许也有许多突出的成就,其中最杰出的贡献是研究了水的组成,并证明了水是氢和氧的化合物。他发现水的分子式是在1781年,但直到他死后才有人替他发表出来,实际上他比法国化学家拉瓦锡发现得还要早。这一发现在化学史上开辟了新纪元。因为水的用途很广,凡是化学变化,无不是靠水的帮助而进行的。化学界从知道水的真正性质后,才知道了水同其他物质化合的道理。

  他研究了氢气的性质,在1766年发表的《人造气体》一文中指出,氢是作为一种独特的物质存在的;他还用实验证明氢气燃烧生成水。他研究了二氧化碳的性质,指出由腐烂和发酵产生的气体,与大理石受酸作用而产生的气体是相同的。他还研究了空气组成,用实验证明了空气中有惰性气体存在。

  卡文迪许的工作不只是在纯科学方面,他对气象学和其他应用科学也有兴趣。他曾担任过某一委员会的委员。该委员会在负责一项工作,即要想出最好的方法来保护珀弗利特处的火药库不遭雷击。他还曾应政府邀请,协助研究过各种成色的黄金的物理性质,确定最耐磨的合金,因为政府关注硬币中黄金因磨损造成的损耗。

  综观卡文迪许的一生,他虽然出身于大官僚贵族家庭,但却毅然决然抛弃了那种安逸的生活,走上了艰难的科学研究道路。他是有史以来最伟大的实验科学家之一。他孜孜不倦地工作,将全部身心献给了科学事业,终于取得了伟大的成就,在力学、热学、电学、化学等领域都有划时代的贡献。他以学识广博、推理清晰、科学才智罕见而在皇家学会会员中倍受尊敬。一生俭朴的卡文迪许留下大笔遗产,其中一部分由他的家族在1871年捐赠给剑桥大学,剑桥大学用这笔钱建立了举世闻名的“卡文迪许实验室”。卡文迪许的精神伴随着这个实验室,100多年来对物理科学的进步做出了巨大的贡献,前后培养出诺贝尔奖金获得者26人。卡文迪许去世后,人们为了纪念这位大科学家,特意为他树立了纪念碑。

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