電池發(fā)明者

■亞歷山德羅·伏打

也許遠(yuǎn)古的人們早就知道電的危險(xiǎn)，而且有致命的危險(xiǎn)，要不希臘神話中發(fā)怒的宙斯怎么會在天空打閃電呢？但直到18世紀(jì)中葉，美國人本杰明·富蘭克林才將閃電與人們在公元前4世紀(jì)就早已知道的琥珀經(jīng)摩擦產(chǎn)生吸引力這一現(xiàn)象聯(lián)系起來，對閃電做出了正確的解釋。1600年前后，英國王室醫(yī)生威廉·吉爾伯特試圖詳細(xì)地列出能通過摩擦“生電”的物質(zhì)，他認(rèn)真區(qū)別電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象，研制出了一個(gè)地球模型作為球狀磁體，并用它來解釋指南針的偏轉(zhuǎn)。吉爾伯特把他的研究成果匯集在《磁論》一書中，直到18世紀(jì)，這本書一直是當(dāng)時(shí)的一本標(biāo)準(zhǔn)讀物。后來，電學(xué)研究者研究發(fā)現(xiàn)了電的良導(dǎo)體和絕緣體及電的排斥現(xiàn)象，而且電可以分為玻璃電和樹脂電，即正電和負(fù)電兩種?！俺潆姟边@個(gè)概念是由富蘭克林首次提出。荷蘭自然科學(xué)家彼得·范·米森布魯克（1692—1761）經(jīng)過堅(jiān)持不懈的努力和充滿危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，終于實(shí)現(xiàn)了電荷的收集，并通過電荷來增大兩個(gè)帶電的物體之間的排斥力和吸引力。米森布魯克當(dāng)時(shí)在荷蘭的萊頓進(jìn)行電的實(shí)驗(yàn)，因此他所用的儲電器（即電容器）被稱為“萊頓瓶”，萊頓瓶可將電荷儲存下來，同時(shí)也可使電荷或多或少得到有控制地釋放。萊頓瓶實(shí)際上是一種最原始的蓄電池，當(dāng)然它不像今天人們所用的電化學(xué)電池，它儲存的是摩擦電。為了增加充電量，成排的瓶子被連接在摩擦片上，這種景象很像軍隊(duì)中炮兵的布陣，于是就有Batterie（德語的“電池”，本意為“炮兵連隊(duì)”）一詞。當(dāng)時(shí)最大的電池由上百個(gè)瓶子組成，這種大型蓄電池放出來的電可以使金屬熔化，使牛斃命。在那個(gè)年代，市民沙龍中經(jīng)常用電擊使人神經(jīng)痙攣，用電來擊人或用電火花來點(diǎn)燃汽油是當(dāng)時(shí)人們一睹為快的趣事。

■亞歷山德羅·伏打在向拿破侖展示他的“伏打電堆”。油畫，朱塞佩·貝爾蒂尼（1825—1898）

神秘的流體

很長一段時(shí)間，人們把電誤認(rèn)為是一種含有電體或帶電物質(zhì)的流體，至于電的排斥或吸引現(xiàn)象則被解釋為是這種流體的出現(xiàn)或消失，就連伏打和富蘭克林也相信過這種觀點(diǎn)，這種理論的前提是必須有兩種彼此相反的電流體。

亞歷山德羅·伏打就是在這樣一種情況下加入到電學(xué)研究的行列的。青少年時(shí)伏打就對電有著濃厚的興趣，并開始了對電的研究，無論是在自己的家鄉(xiāng)科莫做中學(xué)老師，還是后來在帕維亞當(dāng)實(shí)驗(yàn)物理教授，伏打都沒有放棄對電學(xué)的鉆研。伏打研究電學(xué)的方法與其他業(yè)余愛好者不同，他指出：“如果不從數(shù)量和質(zhì)量上了解一種現(xiàn)象，就不可能找出原因?！睘榱烁玫匮芯侩妼W(xué)，他改進(jìn)和新制了必要的測量儀器。盡管伏打?qū)﹄姷谋举|(zhì)的理論認(rèn)識不可避免地帶有那個(gè)時(shí)代的烙印，拿今天的眼光來看是錯(cuò)誤的，他還是成功地區(qū)分出了不同的測量要素，并找出了不同測量要素之間的數(shù)量關(guān)系。例如，他提出了“電壓”這個(gè)概念，從數(shù)量上測定了電容器充電端和未充電端的電壓區(qū)別，今天我們所用的電壓單位“伏特”就源自伏打的這一發(fā)明。伏打還進(jìn)而證明，充電電荷與電壓之比總是保持常量，他把這種常量稱為電容器的“電容”。

■伏打電堆的作用原理

18世紀(jì)90年代，伏打在電學(xué)研究方面獲得了最大的收獲。當(dāng)時(shí)，博洛尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)部的路易吉·伽伐尼教授在一篇論文中講述了他的一個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：串在兩根不同金屬條之間的蛙腿會發(fā)生痙攣現(xiàn)象。伽伐尼認(rèn)為這種奇怪的現(xiàn)象表示有一種新電（即生物電）的存在。也許是為了學(xué)術(shù)的競爭，伏打重復(fù)了路易吉·伽伐尼在博洛尼亞大學(xué)做過的實(shí)驗(yàn)，在證實(shí)伽伐尼發(fā)現(xiàn)的同時(shí)，他通過進(jìn)一步的試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，蛙腿本身與痙攣現(xiàn)象毫無關(guān)系，真正的原因在于兩個(gè)不同的金屬條之間有一種電壓，當(dāng)兩根不同的金屬條以合適的方式連接起來時(shí)，電壓就導(dǎo)致了電流的產(chǎn)生，從而使蛙腿產(chǎn)生痙攣，蛙腿本身只起到一種測量感應(yīng)器的作用。伏打不但發(fā)現(xiàn)了這一奧秘，而且還設(shè)法使電的作用得到加強(qiáng)。他把許多銅片和鋅片交叉堆疊起來，用在硫酸中浸泡過的濕紙片將由一塊銅片和一塊鋅片組成的單元分開，當(dāng)他將“伏打電堆”兩端連接起來時(shí)，就產(chǎn)生了電流。伏打就這樣發(fā)明了電化學(xué)電池，一種看似取之不盡的電源，有了它就可以研究電流現(xiàn)象。伏打研制的首批電堆的電壓可達(dá)到100伏左右。

用很薄的玻璃容器做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)的米森布魯克先生在一封信里報(bào)告說：他感到雙臂、雙肩和胸部突然被擊打， 以至于呼吸困難，二天后才從休克和恐懼中蘇醒過來。他表示不會為法蘭西國王做第二次這樣的實(shí)驗(yàn)。

——摘自普里斯特利《電的歷史》

亞歷山德羅·伏打

生平與學(xué)術(shù)生涯

亞歷山德羅·伏打于1745年2月18日出生在意大利科莫市一個(gè)虔誠的天主教家庭，伏打的叔伯都擔(dān)任神職，父親在建立家庭前也是天主教耶穌會的成員，他的6個(gè)兄妹都做了修女或牧師。伏打七歲時(shí)父親就去世了，這之后他由伯父收養(yǎng)，伯父希望他長大后當(dāng)律師，但他的興趣卻是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，特別是電學(xué)。十八歲那年，伏打終于違背伯父的意愿，選擇學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，特別是電學(xué)。伏打發(fā)明了一種新式起電盤，一種簡單的摩擦靜電發(fā)電器，憑借這一發(fā)明以及在1776年發(fā)現(xiàn)的甲烷，伏打名聲漸起，1775年他被聘為科莫市立中學(xué)的物理老師。借助當(dāng)時(shí)控制包括科莫在內(nèi)的米蘭地區(qū)的奧地利頒發(fā)的一項(xiàng)國外獎學(xué)金，伏打后來有機(jī)會赴瑞士和法國的阿爾薩斯學(xué)習(xí)。1778年，他成為帕維亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授，他開設(shè)的課程大受學(xué)生的歡迎，他講課的教室經(jīng)常是人滿為患，以至于學(xué)校不得不為他新建了一個(gè)專用的教室；他也是一位天才實(shí)驗(yàn)家，發(fā)明了電容器，還親自主持改進(jìn)了許多實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。18世紀(jì)80年代，伏打從事大氣電的研究，與德國哥廷根大學(xué)的著名物理教授格奧爾格·克里斯托夫·里希登貝格有著密切的書信往來。18世紀(jì)90年代，伽伐尼電或動物電是伏打的研究重點(diǎn)，他在研究中發(fā)現(xiàn)了金屬的不同容量并研制成了伏打堆，即最原始的電池，他的這一發(fā)明得到了拿破侖的賞識，并得到了許多榮譽(yù)。在1796年至1800年的戰(zhàn)亂時(shí)期（拿破侖出兵意大利并把意大利從奧地利的統(tǒng)治下“解放”出來），伏打曾擔(dān)任多種政界職務(wù)，但因并非其愿，所以都沒當(dāng)多久。拿破侖封他為伯爵，并讓他擔(dān)任新成立的倫巴第王國的參議員。1827年3月5日，亞歷山德羅·伏打在家鄉(xiāng)科莫市去世。

相關(guān)知識

靜電和流電

靜電指所有不產(chǎn)生電流的電現(xiàn)象，特別是帶電荷的物質(zhì)或電荷本身產(chǎn)生的排斥和吸引現(xiàn)象。普里斯特利很早就意識到，兩個(gè)電荷之間存在著類似牛頓引力定律的原理，法國人查理·奧古斯特·庫侖（1736—1806）在18世紀(jì)80年代證實(shí)，同性電荷之間的排斥力和異性電荷之間的吸引力與距離的平方有關(guān)。只要有電流介入，人們就稱之為流電或電磁（因?yàn)榛顒拥碾姾沙鸫努F(xiàn)象）。伏打的電化電池發(fā)明在某種程度上標(biāo)志著靜電學(xué)向電磁學(xué)的歷史性過渡。

推薦

閱讀：

《第五元素——電的作用和意義》， J?rg Meya， Heinz Otto Sibum著，Reinbek 1987

《電的歷史圖解》， Fritz Fraunberger著，K?ln 1985

視聽：

《全電屋》，導(dǎo)演：Buster Keaton，Eddie Cline，主演：Buster Keaton，Joe Roberts， Virginia Fox，美國短片1922

《電人》，導(dǎo)演：Manfred Hulverscheidt，電視文獻(xiàn)片，德國2002

參觀：

丹麥比耶靈布羅電學(xué)博物館

點(diǎn)評

伏打第一次引入了電壓這個(gè)概念，所以電壓的單位（伏特）以他的名字命名，他還研制成功了最早的電池，是他引導(dǎo)電學(xué)走出了初級階段。