献给新世纪的礼物

献给新世纪的礼物——伏打与稳恒电流

现在，人们的日常生活中离不开电池，它给人们带来的便利简直多得数不清。电池的原始雏形就是科学史上赫赫有名的“伏打电堆”。从某种意义上可以说，伏打电堆哺育了电磁学和化学、冶金学和光学等。

要了解电池的发明，我们还要从这位意大利物理学家伏打的经历说起。亚历山德罗·伏打（1745—1827）是意大利物理学家。1745年2月19日生在意大利科莫城的一个贵族家里。伏打从小就对电学感兴趣。19岁时，他在家乡的城市里成为一名物理教师。1777年，他由于科学研究的成就，而获取了帕维亚大学物理学教授的职位。1791年，伽伐尼发表了青蛙神经和肌肉切片试验的论文。论文发表后，引起了伏打的兴趣，于是，他重复了伽伐尼的试验，得出了自己的观点：电流不是来源于动物体，而是产生于两种不同的金属。

伏打电堆

伏打

1793年，伏打应邀参加了英国皇家学会的会议，这是一个群星荟萃的精英大会。来自欧洲各地的科学家汇集在伦敦伯明翰宫，交流他们的最新的科学发现，切磋他们的技艺。在科学家的心目中皇家学会的会议简直就是一个盛大的科学节日。

伽伐尼

在去伦敦的旅途中，伏打结识了一位同去参加会议的伽伐尼教授。这位来自波洛尼亚大学的医生，显得固执神秘。他对伏打说，伦敦会议要因他引起一场震动。伏打想问个究竟，伽伐尼只是神秘地对他一笑。他对随身携带的一罐青蛙的关心程度，远远超过同行的旅伴。伏打也无暇顾及身边旅伴，因为他还要思考验电器的问题呢。

伽伐尼青蛙实验

这位神秘莫测的旅伴没有说错，伽伐尼的发现真引起了伦敦会议的轰动。他用两块不同的金属片构成回路时，可以使死去很长时间的青蛙发生抽搐。有人夸张的认为，伽伐尼实验可以使死人复活。伽伐尼则认为他发现了存在于肌肉之内的“生物电”。

阿尔卑斯山风光

伽伐尼的青蛙实验实在太精彩，它把伏打迷住了，征服了，伽伐尼成了他心中的英雄。

在返回意大利的路上，两个人变成了无话不谈的朋友。他们一路无心观赏窗外的景色，只是不住地交谈着研究中的种种经历。伽伐尼告诉伏打他是怎样偶然发现青蛙抽搐，然后穷追不舍去研究。伏打却老在想那两块神奇的金属片。不管伽伐尼怎么说，他认为秘密就在金属片之间。他恨不得马上飞过阿尔卑斯山，回到帕多瓦的实验室，证实他的想法。

伽伐尼的蛙腿实验

帕多瓦大学

伏打坚信只有实验是永恒的，它不会欺骗任何人，然而，人们对于实验的解释则是可变的。

美丽宁静的帕多瓦，是个研究学问的理想之地。伟大的近代科学之父伽利略，在这里工作了18个年头，在帕多瓦他用望远镜开辟了一个新的天体世界，证实了哥白尼关于地球和天体运动的学说。工作在帕多瓦大学的伏打以此为警鞭策自己献身科学的座右铭。

伽利略

在帕多瓦大学自己的实验室里，伏打重复着伽伐尼的青蛙实验。见鬼，实验真的像伽伐尼说得一模一样，电流像是贮存在肌肉中的一样。伏打气恼地离开摆满物理实验仪器的桌子。

拉瓦锡

就在这时，伏打一抬头，看见了挂在墙上的那张画像。上面画着一幅戴着假发、神态安详明朗的半身像，他那英俊的面容中充满了刚毅的神气。在画像的白色底边上用法文写着题词：“赠给我的学生和朋友留念”。旁边是漂亮的花体签名：安图瓦·罗朗·拉瓦锡。

看到老师那期待的目光，伏打的心立即平静下来，重新回到了桌子旁。

终于，经过上百次的试验，伏打渐渐发现了这样一个现象：用一根铜线作为一端，改换不同金属线做实验的另一端时，青蛙抽搐的激烈程度随金属不同而改变。银导线引起青蛙肌肉的强烈收缩，而在触到铁导线时，肌肉只是微微地颤动几下。

伏打心想，要是电流存在于肌肉中，改变金属时，青蛙肌肉的收缩不应该变化啊。这时，更换金属品种的青蛙实验坚定了伏打的想法，他因此认定电来自于金属，而不是肌肉。

这期间，伏打写信将实验结果告诉伽伐尼，不料竟引起了伽伐尼的批驳。一场产生于青蛙腿的科学论战就这样开始了。

科学论战也扩展了伏打的研究视野。有一天，他把实验中用的两条性质不同的金属线，改换为两条性质相同的金属线。实验结果使伏打大为吃惊：两条相同的金属导线构成回路时，并不能使青蛙肌肉抽搐。这一实验结果使伏打坚信，使青蛙肌肉收缩的能量，的确来自一种新的电能，但它不是由动物组织产生的，而是由两种不同性质的金属的接触产生的。

从此，伏打进行的实验性质发生了一个根本的转折。由过去重视青蛙肌肉收缩反应转向重视金属的生电性质。不久，他意识到，蛙腿肌肉的抽搐表明其中有电流通过，青蛙的反应在这里起着验电器的作用。

当时，电学仪器设备还很落后，仅有的电学实验仪器也都是用来研究静电的，伏打既没有电压表，也没有电流计，而用两种金属接触产生出来的电流又极其微弱，所以测量极其困难。

任何一个人要想从事科学研究，必须要具有研制实验仪器的动手能力，在科学时代的早期，这一点尤其重要。伏打使用当时的双叶式验电器根本无法测出电流的强弱。后来，他将自己设计的电容器加在验电器上，从而提高了验电器的灵敏度。他反复使用两种不同的金属相互接触，中间隔上湿的硬纸、皮革或其他海绵状东西，结果表明都有电能产生。

1799年，全世界的人都在欢庆19世纪的到来。为了给新世纪献上一份厚礼，伏打加快了实验研究步伐。他制成一种不同金属片浸入盐水中的装置。不久，他又对这种装置进行改进，把许多圆形金属片和用盐水浸润过的圆形厚纸片，按照铜片、纸片、锌片……次序一个个叠起来，制成了“电堆”。伏打看到成对金属片和浸盐纸片堆得越高，产生的电流越大，所以把他发现的装置形象的命名为“电堆”。

伏打电堆是世界上最早的电池，它可以产生连续恒定的电流，为电学研究开辟了道路。

1800年3月20日，伏打把关于电堆试验结果报告给英国皇家学会。在报告信中，他介绍了用几十对铜片和锡片中间夹有盐水渗透的纸壳所组成的电堆。后来，他通过多次实验，又发现把各种金属按着铝、锌、锡、铁、铜、银和金的顺序排列，用每两种金属组成电堆时，前面的金属带正电，后面的金属带负电。这就是伏打所发现的“接触电势差系列”。从此，全世界都知道了伏打和他的“电堆”。伏打所引起的轰动，是伽伐尼所不能比拟的。

各国物理学家得知伏打电堆构造后，纷纷开始研究电流的作用。在此过程中，伏打电堆也越造越大，越来越完善。在当时，哪一个物理学家的实验室中没有电堆，好像就不是一个物理学家似的。

宾夕法尼亚大学

1802年，俄国物理学家彼得洛夫在彼得堡制成了最大的伏打电堆，此电堆由4200个锌圈和铜圈组成。同一时期，美国宾夕法尼亚大学的黑尔博士制成的大伏打电堆，产生的电力足以熔化金属。

戴维

伏打演示伏打电堆

1807年，英国化学家戴维通过电解，发现了钾和钠两种新元素，轰动了世界。戴维还利用伏打电堆发现了电弧，制成照明用的电弧灯。这种碳极电弧灯，在19世纪70年代白炽灯问世以前，一直作为电光源。

新世纪，新气象。荣誉和报喜的信件像雪花一般朝伏打飞来。面对成堆的信件，伏打想起了巴黎之行的情形。

法兰西共和国第一执政官波拿巴·拿破仑将军，盛情邀请著名的意大利教授伏打来法国科学院演示他的发明——伏打电堆。

1801年12月21日晚8时，要在科学院举行伏打教授的演讲会。法兰西第一执政官、外交部长、国防部长和科学院的院士们都欣然前来聆听这次演讲。

当伏打教授出现在演讲大厅时，雷鸣般的掌声刹那间使他心怯气喘。演讲开始以后，绝大多数人都怀着惊讶好奇的心情倾听着教授的每一句话。从伽伐尼实验转到伏打电堆上来以后，演讲出现了高潮。

伏打将自己用金属片制成的电堆放在桌子上，请热心的听众们走过来碰一碰正负极，触到正负极的人们开始像青蛙一样抽搐起来；当伏打用连接在极板上的导线碰一些人的眼皮时，这些人的眼里就开始出现五颜六色的光环；有人用舌头舔了舔导线，觉得有一股酸味，耳朵里却听到了一阵鸣响。

在巨大和神秘的力量面前，一种不可思议和含混不清的恐怖笼罩着所有的与会者，听众已无暇顾及伏打的演讲了。当波拿巴·拿破仑拉着伏打走向讲台一侧，他们才清醒过来。

“伟大而神秘的自然界的帷幕被天才揭开了一角，对他们仅仅赞赏是很不够的，应该使他们得到奖励。因此，我宣布为电学领域中天才的发明者们设立20万法郎的基金。第一笔奖金就授予伟大的亚历山德罗·伏打教授。”大厅里响起了赞许的掌声。

面对巨额奖金和如雷的掌声，伏打并不为所动。他想，大自然有多少奥秘等待人们去揭开。在自然界的面前，人类还是一个不懂事的孩子呀！想到这儿，他又穿上实验工作服，回到他的实验室去了。

伏打一生中发明了很多仪器，也获得很多的荣誉和奖励，是许多国家的科学院院士，拿破仑曾授予他侯爵的称号。伏打还被任命为意大利王国上议会的议员。1827年3月5日他在故乡科莫去世，享年82岁。为了纪念伏打在电学方面所做的贡献，人们把电压的单位命名为伏特。其定义是：在电路中两点间通过电流1安培时，如果在1秒内作功为1焦耳，那么这两点间的电压规定为1伏特。

劳动却是产生一切力量、一切首先和一切幸福的威力无比的源泉

——拉·乔乃尼奥里