在富兰克林研究莱顿瓶放电现象时，他的妻子丽都一天不小心碰上了莱顿瓶，噗的一声，莱顿瓶放出了电火花，丽都被电击了一下，浑身发麻，脸色苍白，好久才恢复过来，这使富兰克林想起了被雷电击中的人。他发现雷电和莱顿瓶的电非常相似：都有电火花，都有硫磺一样的气味，都能被金属传导，都能发出霹雳声或爆炸声，都能使易燃物质起火。他猜想，天上的雷电，也是一种放电反应，雷雨时的云层，实际上是一个巨大的莱顿瓶。
为了证实自己的想法，富兰克林进行了历史上著名的“费城实验”。
1752年7月一个雷雨交加的白天，在美国费城郊外一间四面敞开的小木棚下，富兰克林和他的儿子威廉，将一只用丝绸做成的风筝放上了天空，企图把空中的雷电引下来。风筝的顶端拴了一根尖细的金属丝，作为吸引电的“先锋”，中间是长长的绳子，绳子打湿以后可以导电，绳子的末梢系上了绝缘的绸带，绸带的另一端则在试验者的手中，在绸带和绳子的交接处，挂上一把钥匙，作为断电器。只要保持手中绸带的干燥，就不会传导雷电而造成触电。于是，富兰克林小心翼翼地站在一个棚子下面放起了风筝。
随着一道长长的闪电，风筝引线上的纤维纷纷都竖立起来，富兰克林心里一阵高兴，他将手指慢慢靠近线绳下端的钥匙，在钥匙和他的手指之间立即产生了电火花，他的指头感到发麻。这种情况与实验室里放电时产生火花和发麻感觉一样。他拿了一个没有带电的莱顿瓶，将莱顿瓶上的铜棒与风筝上的钥匙接触，莱顿瓶也带上了电。
“费城实验”的结果，令人信服地证实了天空中的闪电是一种电火花，云层中产生的电与实验室里产生的电是一样的。
富兰克林的“费城实验”很快传遍了世界，当富兰克林的实验传到俄国彼得堡后，俄国科学院院士利赫曼教授也对雷电现象作了大量的研究。1753年夏天发生了一件不幸事件，利赫曼在实验室做实验时，看到雷雨欲来，便匆匆赶回家，准备观察仪器指针有什么变化，不幸被雷电击中而身亡，成为这门新学科的第一位献身者。这不幸消息使富兰克林十分难过，也促使了他加快了对雷电应用的研究。
在后来的实验和观察中，富兰克林发现，电荷易被尖形的金属棒吸收，他想：天空的闪电与摩擦而产生的电有许多相同之处，会不会也有这种特性呢？
富兰克林决定制作一个避雷装置。他想，雷电是可以引导下来的，如果在屋顶上安上一根容易吸收电荷的尖形金属棒，再在金属末端系上一条金属线，直通到地下，这样，金属棒在遇到带电的云块时，就能借助金属线把电传入地下，避免了电荷在房子顶端大量集聚，从而使屋子免遭雷击。
富兰克林决定在自己居住的房子屋顶搞这项实验。试验成功了，世界上第一套避雷装置就这么诞生了。由于这个装置带有一个针状铁棒，富兰克林把它取名为“避雷针”。
避电针使无数建筑物免于雷电之灾。雷电，这种百万年来使无数人恐怖的东西，终于被人类用实验和理性揭开了它的奥秘，并找到了战胜它的办法。
人类终于认识了雷电，征服了雷电。
磁的性能和利用
早在春秋时期，矿工们在铁矿的开采与加工过程中，常常接触到磁铁矿，注意到了磁的奇妙的吸铁性能。古人把磁石吸铁喻为慈母对子女的吸引。故汉以前多把磁石写作“慈石”。
传说秦始皇统一中国后，在陕西咸阳建造了一座很大的很华丽的阿房宫，用大块大块的磁石建造北阙门，以防备刺客。
到了晋代，磁性已在军事上加以利用。晋代名将马隆的军队曾与羌人作战。羌人身被铁甲，勇悍异常，马隆军队伤亡很大。马隆于是心生一计：在一条狭窄的小道两旁堆放了大量磁力很强的磁石，命自己的士兵只穿皮革制的护身衣。一日激战，马隆军佯退，把羌人引上这条小道，乍一上道，羌人顿感行动艰难，却见马隆军进退自如，行动敏捷，不明何故，以为神助，大为惊恐，争先逃命，马隆因此大获全胜。
在医药上，古人也利用了磁的性能。古人不仅认识到了磁能吸铁，还认识到了磁能治病。战国时，医药上已有利用磁石作内服药治病的记录。此外，磁还被作为外用“药”：当小儿误吞铁针，即用一枚枣核大小的磁石磨光滑，并钻一小孔，以线穿引，让小儿吞下，可把铁针吸出。南宋时，有个医生用磁治疗耳聋：用黄豆大一枚磁石，以棉花包着塞到患者耳朵里；另用一块铁含在口腔内、这时耳朵里呼呼作响，犹如急风骤雨，这样，耳朵就会恢复听力。
另外，古人还利用磁性进行创造发明。战国时期，古人利用磁指南的特性，制造了“司南”。西晋时，出现了一种“指南鱼”在北宋时已应用于军事方面。北宋时，我们的祖先发明了指南针。很快变成了海上交通导航的主要工具，甚至被视为人舟存亡之所系。指南针的发明和使用，克服了海上航行的重重困难，促进了航海事业的发展。以后哥伦布发现美洲大陆，麦哲伦环球航行，如果没有指南针，那是很难设想的。
指南针能指示方向的原因
一个小小的指南针，无论你把它放在什么地方，它总是固执地一头指向南，一头指向北。难怪在茫茫沙漠中，在无边无际的大海上，人们要依靠它辨别方向。
我们居住的地球，其实是一个巨大的磁铁。它与生活中普通的小磁铁没有什么区别，也有两极，N极在地球北极附近，S极在地球南极附近。磁体还有一个共同的特点：相同的两个极互相排斥，不同的两个极互相吸引。所以，地球上的任何磁性物体，都会受地球这个大磁块的影响，把它们的S极指向地球N极，而N极则指向地球S极。
因此，正是我们的地球，紧紧吸引着用天然磁铁磨成的指南针，使它永远一头指向北方，一头指向南方。
摩擦生电分析细心的同学们一定注意过，大街上卖气球的老先生会在墙上粘很多气球，而且一个也掉不下来。怎么回事？原来，卖气球的老先生先用气球在身上摩擦几下就行了。
为什么摩擦几下就行了？原来，摩擦是能产生电的。
在自然界中存在着两种电：一种叫正电，另一种叫负电（也分别称为正电荷和负电荷）。且同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。经过摩擦的两个物体，会同时分别带上数量相等、正负相反的电荷。
由于异性相吸，故此经过摩擦后的两个物体就相互吸引了。
经过摩擦产生的正电和负电的量如果足够多，它们之间就会产生很高的电压，可以达到几千伏。
停止摩擦后的正负电荷会通过物体间的空气吸引复合在一起。这种复合叫正负电的中和。中和以后，物体就不带电了。
两个物体的正负电的中和过程叫放电。
并不是任何两个物体经过摩擦都能带电。拿一根金属棒，如铁棒或铝棒，在衣物上摩擦几下，金属棒并不吸引轻小物体，说明金属棒经过摩擦并没有带上电荷。
这是因为金属棒能传电，人体也能传电。能传电的物体叫导体；反之，则叫绝缘体。
通过摩擦在绝缘体上面产生的电不会传走，而且越集越多，因而就能显出电性，如相互吸引或吸引轻微物体了。
这种呆在物体上而不走失的电叫静电。
同学们千万不要小看摩擦生电时产生的火花，稍不注意，就会带来意想不到的后果。
两个物体经过摩擦为什么会产生两种电呢？
这是因为两个物体中本来就有两种电，不过没有显示出来。摩擦的作用只不过是使它们里边的正负电分开而已。
自然界的所有物质都是由原子组成的，一厘米的长度要排列上亿个原子！
一个原子的中心是一个原子核，它的体积只占整个原子体积的一千万亿分之一。原子核又是由不同数目的中子和质子组成的。中子不带电，质子都带正电。
在原子内部，原子核外的广大空间还有运动着的电子。电子不到质子的万分之一。每个电子都带一样多的负电。
摩擦使调羹带电
不同类的原子，它们的原子核内的中子和质子数不同，核外的电子数也不同。但是，在同一个原子中，核内质子数和核外电子数是相同的。一个质子和一个电子带的电量一样多，只是正负相反。这样，一个原子从整体上说，正负电量正好抵消，就不显电性了。
在一个原子中，原子核内质子带的正电和核外电子带的负电相吸引，就组成一个稳定的整体。但离核比较远的电子受核的吸引力较小，一旦受到外界干扰，就容易脱离它所属的原子核。
不同类的原子中，核对较远的电子吸引力也不同。有的原子的核外电子容易走失，有的则不然。
当两个物体相互摩擦时，由于靠得非常近，相互对对方的原子中的电子产生干扰。由于两个物体的原子吸引对方的电子的力量不同，电子就会从一个物体转移到另一个物体。
于是，一个物体的电子就比正常状态多了，它整体上就带负电了；另一个物体的就少，相对地就带正电了。
不过，摩擦生电并不是真正意义上生出了两种电荷，而只是物体中原来就有的两种电荷重新分配了一下。
导体与绝缘体
知道原子内本来就有正负电，也就容易明白导体和绝缘体的区别了。
拿金属来说，它的每个原子核外有一两个电子离核很远，受核的正电的吸引力很小，以致这些电子可以脱离自己所属的原子核在导体内乱跑。这种电子就叫自由电子。大量自由电子的存在是金属成为导体的原因。
食盐水和不纯净的水也是导体。这是因为水中溶解有不同类的原子，有的原子失去了一个或几个电子变成了带正电的原子；另一些原子得到，就变成了带负电的原子。带有正电或负电的原子叫正离子或负离子。液体能导电就是因为其中有大量正离子和负离子的缘故。
气体，如空气，一般是不导电的，因为原子组成的气体分子都是中性的。但在一定条件下，中性分子也会由于失去或得到电子而成为带电的离子。这时气体也就变成导体了。
与导体相反，在橡胶、陶瓷、干木材、一般塑料、玻璃等的原子中，电子都被各自的原子核吸引得紧紧的，只能在核周围运动，不能在整个物体中自由移动。它们便成了绝缘体。
电场
尽管静电有很大的危害，但只要寻根求源，掌握其规律，是可以避免或减弱静电带来的危害的，而且还可以变害为利，使静电为人类做贡献。汽车制造业中的静电喷漆技术，学校、机关使用静电复印机都是很好的例子。
不论是摩擦生电还是感应起电，并不是真的“产生”了电，只不过是物体内本来就有的正负电荷，通过摩擦或感应分别集聚从而显示出了电性。
但是，自然界确实也存在从没有任何电荷而产生电荷的过程，并且也还存在相逆的过程，即电荷消失。
带电的粒子总是成双成对存在的，电子带负电。还有一种电子，它和带负电的电子别的方面都一样，就是带有正电荷，而且所带正电荷的电量和电子带的负电荷的电量一样多。这种带正电荷的电子叫正电子，或者反电子。
与此相似，自然界还存在反质子，它和带正电的质子别的都完全一样，只是带等量的负电荷。
每一对电子和反电子，质子和反质子如果相遇，就会相互吸引、结合而变成不带电的粒子。这种不带电的粒子叫光子，它是构成光线的粒子。粒子和反粒子相遇合成不带电的粒子，这样电荷就消灭了。这种现象叫对的湮灭。
相反，在一定条件下，光子又会同时变成一对粒子和反粒子，产生一对电子和反电子，或一对质子和反质子。这样，就从没有电荷产生了电荷，这种现象称为对的产生。
不过，不管是电荷产生，还是电荷消灭，都是一正一负成对发生的：产生时成对产生，消灭时成对消灭。
正因为这样，对于一定范围的物体来说，它带的总电量，即正电量和负电量的总的代数和，是不会改变的。
即使发生了电荷的产生或消灭，因为总是一正一负成对地产生和消灭，这种过程并不会影响总电量。
物体的总电量总是保持不变，这是关于电荷的一条基本的自然规律，叫电荷守恒定律。
同性相斥，异性相吸。但是，相隔一定距离的两个电荷是如何相互吸引或相互排斥呢？
170年前，英国科学家法拉第根据前人中间媒介传递相互作用的思想，提出两个电荷之间的相互作用不是超距作用，而是通过一种中间媒介实现的。他把这种中间煤介叫做“电场”。因此，他的关于电荷的相互作用的方式是甲电荷电场乙电荷法拉第认为任何一个电荷的周围都存在着与它相联系而共存的电场。
一个带电体能使它周围的一个导体感应带电，就是因为导体处于带电体的电场中，“感应”的作用实际上就是电场对导体内的自由电子的作用。
电荷是通过电场相互作用的。
不过，电荷周围的电场是看不见的，它的存在是用它对另外的电荷的作用力而显示出来的。
电场还有一个重要性质，两个电荷的电场可以在同一部分空间内存在，就是说，几个电荷的电场是可以重叠的。
当带负电的乌云靠近地面时，这负电的电场在地面上感应出正电荷，在云和地之间就同时存在着云中负电的电场和地面上正电荷的电场。这两种电场重叠起来形成合电场。
雷击的各种严重后果实际上是这合电场起的作用。
法拉第提出电场的概念当时只是一种对电荷的相互作用的方式的理论说明罢了。
直到50年后，法拉第的这种想法才被实验所证实。
不过到了今天，人类已经从各方面证实了电场的存在。
无线电广播、电视，人造卫星的控制都是靠空间存在的电场来实现的。
不仅如此，电场还可以控制带电粒子的运动。
