富蘭克林風箏引電實驗示意圖。（圖 / 林克欽）
班傑明．富蘭克林（Banjamin Franklin 1706-1790）是十八世紀美國集政治家、發明家、企業家、革命家及教育家為一身的人，同時也是三位起草美國獨立宣言其中之一。在他的一生中，除了對美國獨立有重要的貢獻之外，在科學與事業方面的成就，除了在國內受到重視之外，連遠在歐洲的英、法等國，也受到相當的尊敬。
富蘭克林最為人所知的，就是在雷雨天放風箏，而發現了電的故事。除此之外，其在電學方面也有許多貢獻；例如正負電的名稱是他首先提出的，以及導體（conductor），電容器（condenser），電池（battery）等名詞的發明，因而成為引領電學研究之先河。
提出正負電概念、發明避雷針
富蘭克林生於美國東北部波士頓，在一個大家庭中長大。身為鐵匠的父親養育了十七個小孩，富蘭克林為老么。年輕時，在他哥哥的印刷廠當學徒，其後自己創業。四十歲前，因經營印刷廠而致富而綽有餘裕，進而研究科學。
富蘭克林在43歲時（1748）開始研究電學。當時的人們對於「電」還沒有概念，畢竟未來電學的著名學者庫倫（Coulomb）年僅12歲、而高斯（Gauss, 1777-1855）則尚未出生，電學基本上仍是未知的領域。人們僅知用玻璃棒摩擦毛皮、衣服等，會產生靜電現象，但對究竟是何種物質引發此等現象，仍是一無所知。
富蘭克林對於摩擦生電的看法為：當玻璃棒摩擦毛皮、絲、或衣服時，有某種叫「電」的流體，自一種材料流至另一種材料。得到這種流體的材料帶正電，失去的則變負電。於此，他提出了正負電的概念。當時，有一學說認為「電」是一種單一的流體，而另一派則是雙流體概念，認為有兩種帶電體在流動。富蘭克林支持前者，認為電是一種單一的流體。而今，我們知道電流是電子的流動，與富蘭克林的論點相同。
電與導體有關，富蘭克林注意到若使用金屬棒其中一端作為接地，讓另一端靠近另一帶電體，後者會使帶電體迅速失去電荷，這就是所謂的放電（discharge）。當導體上累積足夠的電荷，會造成周圍空氣游離，產生正負離子。
因此，帶電的雲，會使空氣游離，而找到最近的接觸點，若將電導入地下，就不會打擊建築物，這就是避雷針的概念。在西元1747年，富蘭克林提出假設並證實了避雷針的原理，並於隔年在自家屋頂放置了一支避雷針。至此，他的發明迅速得到注意，並被當時的暢銷雜誌「男人世界」所報導，因而得到推廣。
避雷針示意圖。帶電的雲底端有負電荷，造成附近的空氣游離，引導放電，並經過最近的路徑通過到地面。（圖 / 林克欽）
風箏實驗，證明雲中放電
富蘭克林觀察到，天空中的閃電與物體放電時會迸出火花的現象相似，因此認為閃電與雲中是否帶電有關。這觀念在當時是一個創新的想法，但是缺乏實驗證明此一假說。為了瞭解雲中是否帶電，富蘭克林設計了在雷雨天中放風箏的實驗。在當時，亦有其他人也有這樣的想法，但並沒有真正的進行試驗。倫敦當時是世界文化的中心，當富蘭克林與英國學界討論此概念時，有許多學者都贊同此一想法。於是在西元1751年6月，倫敦學界將他的理論集結成冊，出版了一本關於電學與閃電的小書：「關於電的實驗與觀察」 （Experiments and Observations on Electricity）。
富蘭克林於西元1752年6月與他的兒子做了著名的風箏實驗，希望能驗證雲中是否帶有大量電荷。他以一條細線綁住風箏，並將線沾濕以利導電，但其本人則站在可遮雨的棚子內以保持乾燥。實驗中則要避免風箏飛到正在發生閃電的雲裡，以免遭受雷擊。過程中他手持絕緣絲線棒，當看到絲線的毛豎起，便得知雲確實帶電，他則將鑰匙連到線上，並接到一個萊頓瓶檢驗，最後證明了雲中放電這個概念。
在此之後的幾個月，一位在聖彼得堡的俄國教授Richmann 也想重複此實驗，但卻不幸遭電擊致死，可想而知這是一個極具危險性的實驗。帶電的雲與地面間可能有幾百萬伏特的電位差，雲中的電荷可高達百千庫倫。若在數微秒的時間內放出，產生的電流可高達百萬安培，這樣的強度是足以致命的。
富蘭克林將他的實驗結果發表在十月九日的費城報紙（Philadelphia Gazette），但文章中並未提及實驗乃是由他親自完成的，因而造成後人的混淆，甚至有人認為他並沒有做這實驗，此項結果也報導於英國著名的期刊Philosophic Transactions。對於此項實驗，較為詳實的記載則刊登於記錄富蘭克林本人事蹟的專書中，由英國化學家普利斯特來（Priestley）（1733-1804）完成，並於西元1776年，美國獨立同年發表。
富蘭克林是一位極富創造力的人物，因著他在科學上的成就，備受世界關注。後來據說法國贊助美國獨立戰爭，乃是出自於對他的敬重與支持。
責任編輯：郭啟東／國立中山大學
