电流的发现与伏打电池

第四节　电流的发现与伏打电池

一、电流的发现

意大利的解剖学教授伽伐尼（1737～1798）被人们认为是最早开始研究电流的人。据记载，1780年的一次极为普通的闪电现象，引起了伽伐尼的思考。这次闪电使伽伐尼解剖室内桌子上的一只与钳子和镊子接触的青蛙腿发生了痉挛现象。严谨的科学态度使他没有放弃对这个“偶然”的奇怪现象的研究，他花费了整整12年的时间，研究像青蛙腿痉挛这种肌肉运动中电起的作用。最后，他发现如果使神经和肌肉同两种不同的金属（例如铜丝和铁丝）接触，青蛙腿就会发生痉挛。这是一种在电流回路中产生的现象。在这里，蛙腿的肌肉是导体回路的一部分，肌肉和两种不同的金属丝构成了电流回路。肌肉的痉挛表明有电流通过，起到了电流指示器的作用。根据这种现象，他还制成了“伽伐尼电池”。但是，伽伐尼仍然未能回答这种电流现象产生的原因，他认为蛙腿的痉挛现象是“动物电”的表现，由金属丝构成的回路只是一个放电回路。

伽伐尼的看法在当时的科学界引起了巨大的反响，人们自然地联想到海洋当中的一些带电的鱼，如电鳗、电鳐，人们在海中如果被这种鱼触及身体，也会有电击的感觉。这说明在一些动物体内也贮存着电。但是，另一位意大利科学家伏打（1745～1827）不同意伽伐尼的看法，他认为电存在于金属之中，而不是存在于肌肉中，他于1782年在写给朋友的信中说：“关于所谓动物电，您是怎样考虑的呢？我相信一切作用都是由于金属与某种潮湿的东西相接触才发生的。”两种明显不同的意见引起了科学界的争论，并使科学界分成两大派，他们的论战十分激烈，每一方都指责对方是异端邪说，标榜自己观点正确。争论的结果是伏打的见解占了优势。但很可惜，因为伽伐尼于1798年就因病去世了，他再也不能知道这场争论的胜负，再也听不到争论的结果了。

伏打

二、伏打电池

公元1799年，科学家伏打以含食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中间，再按序堆积成圆柱状，制造出最早的电池——伏打电池。后来，将不同的金属片插入电解质水溶液形成的电池，通称伏打电池。

（一）伏打和伽伐尼的争辩

伏打是意大利利帕维亚大学的物理学教授，他反复重做伽伐尼的青蛙肌肉电实验，仔细观察后发现电并不是发生于动物组织内，而是由于金属或是木炭的组合而产生的。于是伏打完全不使用动物的组织，仅用不同的金属相接触，使用莱顿瓶及金箔检电器进行实验，发现在金属接触面上会产生电压，称为接触压。这种装置可以同时用不同的几种金属来提高实验效果，但是总无法产生连续不断的电流。伏打同时注意到伽伐尼的实验中也是使用不同的金属，而实验中的青蛙腿可以看作一种潮湿的物质，所以就使用能够导电的盐水液体代替动物组织进行实验，终于因此发现了电池的原理，发明了著名的伏打电堆与伏打电池。

伏打电池

伽伐尼和伏打是朋友，伽伐尼相当坚持自己的看法，伏打的反对意见促使伽伐尼更进一步地研究。这一次他干脆不用任何金属做导体，剥出一条青蛙腿的神经，一端缚在另一条腿的肌肉上，另一端和脊髓相接，结果腿仍然会有抽搐现象，证明了表现在青蛙腿上的电刺激，可以仅仅来自动物本身，这就是所谓的伽伐尼电流。他发现了动物电，启发了电生理学的建立。

（二）伏打电堆与伏打电池

伏打电堆由几组圆板堆积而成，每一组圆板包括两种不同的金属板。所有的圆板之间夹放着几片盐水泡过的布，潮湿的布具有导电的功能。伏打进一步试验不同金属所产生的电动势效果，得到以下的关系：Zn＞Pb＞Sn＞Fe＞Cu＞Ag＞Au。同时他也试过不同的导电液，后来就用稀硫酸液代替盐水。至于电堆的原理，伏打认为是由于金属接触的机械原因导致了电流的产生。一直到后来亥姆霍兹研究伏打电池，才指出这是错误的观点，揭示这是化学作用所引起的：在不同金属与电解质溶液间两两接触之后，溶液中的离子形成定向移动从而产生电流。

1800年伏打将十几年的研究成果，写成一篇论文：《论不同金属材料接触所激发的电》。他把论文寄给英国皇家学会，不幸受到当时皇家学会负责论文工作的一位秘书尼克尔逊有意的搁置，后来伏打以自己名义发表，终于使尼克尔逊的窃取行为遭受学术界的唾弃。

当时法国皇帝拿破仑喜欢学者，1800年11月20日，他在巴黎召见伏打，当面观看实验后大受震动，立即命令法国学者成立专门的委员会，进行大规模的相关实验。同时他还颁发6000法郎的奖金和勋章给伏打，发行了纪念金币。后来电压的单位伏特就是由伏打的名字而命名的。

（三）伏打电池的影响

在伏打之前，人们只能应用摩擦发电机，运用旋转圆盘摩擦电刷发电，再将电存放在莱顿瓶中，以供使用，这种方式相当麻烦，所得的电量也受限制。伏打电池的发明克服了这些缺点，使电的取得变得非常方便。对现在的电气文明来说，伏打电池是一个重要的起步，他带动了后续电气相关研究的蓬勃发展，后来利用电磁感应原理的电动机和发电机的研发成功也得归功于它，而发电机之后电气文明的开始，导致了第二次工业革命的发生，改变了人类社会的结构。

丹麦丹聂尔和卢克歇尔发明了干电池。公元1859年，普兰第发明铅蓄电池。

英国的化学家德斐（1778～1829）发现了几种碱金属，导致电气化学工业的兴起。德斐在电流的磁效应的研究上有过重要的贡献，著名的物理大师法拉第，曾经在德斐实验室当助理。