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“伏打堆”,人类历史上的第一块电池

2023-01-12 15:19 作者:新威研选  | 我要投稿

1.伽伐尼与伏打的论战
伽伐尼因研究“生物电”现象风头正盛,另一位意大利物理学家伏打(Count Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta,1745-1827)却对此提出了不同意见。

伏打自十六岁开始研究电,已历三十年。

刚开始,他读到伽伐尼的论文,觉得这个理论着实令人惊奇,遂重复其实验。现象重复出来后,经过深入的思考,伏打逐渐形成了自己的观点。

伏打提出:“蛙腿抽动的电能,不是来自青蛙,而是来自与蛙腿接触的金属”。

为了证实自己的假设,他把两种金属放到自己舌头上,此时会有微麻的感觉,这说明在不同的金属间产生了电。而蛙腿,只是受到了金属电的影响,作用跟电流计一样。

伽伐尼对此是怎样回应的呢?


“既然不同金属间有电压差,那用一样的呢?总可以了吧”?他立刻找了两个相同的铁钩子去触碰蛙腿,照样观察到了抽动。

伏打认为这是因为伽伐尼使用的金属杂质太多,有小电流造成的。

接下来,伽伐尼又找来高纯的汞来重复实验,结果也成了。

可是,伏打依然认为是汞不纯造成的。

一个认为是“生物电”,另一个坚持是“金属电”,到底是谁说的对呢?

就在两人谁也说服不了谁之时,有人用木炭成功带动了青蛙腿!

不用金属也能行?

看来胜利是伽伐尼的了。

但伏打也毫不示弱,木炭也是导体!导体都带电荷!

唉!

最后,伽伐尼索性就用青蛙的神经去碰青蛙腿的肌肉,蛙腿还是跳了!

从两种金属到同种金属,从杂质金属到高纯金属,从金属到木炭,从木炭到纯青蛙。伏打一直在与伽伐尼对峙,但每次都被伽伐尼“见招拆招”,强势碾压。于是伏打渐渐不再发声。

如此一来,似乎是伽伐尼的“生物电”理论略胜一筹。

2.科幻小说的诞生

在当时,人们甚至觉得“电”可能成为联系生死的一种桥梁——诗人雪莱的妻子玛丽·雪莱受到伽伐尼的研究报告启发,写下了人类历史上第一本科幻小说——《弗兰肯斯坦》,讲的就是疯狂科学家通过电击复活死尸的故事。这也从侧面反映出伽伐尼理论对当时社会的影响。

1798年,伽伐尼去世。他的整个后半生,都在孜孜不倦地研究着青蛙腿。

然而,伏打还在努力。

3.意外收获——伏打电池的发明

怎样才能证实生物电的产生是金属造成的呢?

伏打换了另外一种方式——他用一块锌板和一块铜板,把它们分开浸泡在盐水中以代替原来实验用的青蛙腿。在这个简单的设计里,他居然检测到了电流。

这一装置,后来被命名为——“伏打堆”而这个“伏打堆”,就是人类历史上第一块电池!


伏打亲手制作的“伏打堆”,现藏于意大利伏打博物馆。图片来源:维基百科

1800年,伏打最终证明了自己的理论。但人们的鼓掌欢呼,在伏打看来已无关紧要,因为他最想给展示的那个人——伽伐尼——已经在坟墓里躺了两年。

伏打又进一步改进了伏打堆。因为两块金属板产生的电压太低,他就将六个这样的单元串在一起,得了将近4V的电压。

这个电压在今天不算什么,几个小电池串起来就能办到。可在当时,伏打堆已经可以为科学实验提供足够的电能了,从而为随后的“电气时代”拉开了帷幕。

后来,拿破仑征服了意大利,特意在巴黎接见了伏打。为了表彰他对科学所作出的贡献,拿破仑封他为伯爵,并给予了伏打一大笔奖金。


“电压”的单位“伏特”(Volt),就是以他命名的。(出于习惯,在我们国家,物理学上称电压单位为伏特,化学上称伏打电池。)

伏打死后,为了纪念他,当年意大利的官方货币上画上了“伏打堆”,甚至连他出生的小镇,都改称为“科莫伏打”(Camnago Volta)。

4.各有各的道理

伏打教授虽然错误地否定了生物电的存在,却意外发现了电池的原理,成为世界上第一个发明电池的人。

从当代科学的角度看,伽伐尼和伏打的理解都没有错。

伏打研究的是金属间的电位差;


而伽伐尼发现的“电”则来自于生物体内的细胞——每个小细胞,其实都是一个小电池,伽伐尼的“生物电”,是这些“小电池”作用的积累。

这也解释了为什么青蛙神经连接蛙腿,也能造成蛙腿跳动的现象。

伽伐尼和伏打虽然分歧严重,但仍然彼此尊重。伏打甚至以伽伐尼的名字发明了“Galvanism”这一术语,以描述化学活动产生的直流电。

现在的电池,既叫“伽伐尼电池”,也称“伏打电池”

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