《人類科學技術史-236》伽伐尼實驗與伏打電池

伽伐尼實驗與伏打電池

18世紀中期，人們在非洲與南美等地的熱帶河流中，曾發現一種很怪的魚，當你用手去抓它時，它能以一種類似"電擊"的方式自衛，后來人們進一步發現，只是在用兩只手同時碰它的頭和尾部時，才受到電擊。更有趣的是，這種魚可用來給萊頓瓶充電。這說明，這種魚的自衛方式確實是電擊，是一種放電現象。后來，人們把這種魚稱為"電鰻"或"電妖魚"。

電鰻的電擊現象引起了意大利生物學家伽伐尼(1737-1798年）對動物體上的電現象的關注，當時，他正致力于動物解剖學研究。1780年，他偶然發現雷電使蛙腿肌肉發生抽搐，這一發現，引起了他的興趣，以后幾年內，他一直試圖以實驗再次證實這一發現。1786年9月20日，他進行了這樣一個實驗：他用萊頓瓶儲存了一些用靜電起電機產生的電荷，然后用萊頓瓶放電來刺激青蛙的大腿肌肉，發現同樣能使肌肉抽搐。他認為，這可能是由于蛙腿肌肉本身含有一種像電鰻那樣的"生物電"與萊頓瓶的放電相互感應的結果。

伽伐尼把他的實驗告訴了他的朋友、物理學家伏打(1745-1827年），伏打重復了這一實驗，也得到了相同的結果。不過伏打認為，這并不是因為動物體內含有"生物電"的原因，而是在于兩種導體接觸的結果。后來，伽伐尼于1791年又發現，用兩種不同的金屬叉尖同時接觸蛙腿，同樣也能使它抽搐。同年，伽伐尼提出了動物組織中含有"動物電"的論斷。

伽伐尼不僅初步從實驗上證實了"動物電"的存在，更重要的是，它導致了電流的最初發現，直接推動了電學的發展，特別是導致了電化學的誕生，而伏打即是電化學的偉大開拓者。

伏打是18世紀末19世紀初的杰出的實驗電學家之一，1762年起，17歲的他就開始致力于電學研究。1775年，他在格里凱起電機的基礎上，發明了一種新的起電盤，這種起電盤既可產生正電荷，也可產生負電荷，而且所產生的電荷量要比格里凱起電機所產生的電荷量大。在實驗電學研究中，伏打試圖發明一種新的電源，以便獲得穩定的電荷。為此，他對各種金屬與非金屬元素的電勢進行了實驗分析，于1792年發表了一個最早的各種不同的金屬的電勢順序表。

當伏打正致力于各種金屬的電勢的實驗測定時，伽伐尼把自己的實驗告訴了他。1792-1796年間，伏打多次重復了伽伐尼實驗，得到了與伽伐尼同樣的結果。不過他認為，實驗中所產生的電荷，并不在蛙腿肌肉本身，而在于兩種金屬的接觸。因為他在實驗中發現，當兩種金屬接觸時，若在兩種金屬之間隔些溶液或濕物，也能產生微弱的電荷，這是伏打的一項重要發現，他決定以此為基礎，進行他多年來希望進行的發明一種穩定電源實驗。

在最初的實驗中，伏打用半碗半碗的鹽水依次將一連串的金屬連接起來，他發現這種裝置能產生一定的電流。正是在這種最初的實驗中，伏打發現了"鋅-鉛-錫-鐵-銅-銀-金"等各種主要金屬的電勢序列。后來，他覺得這種裝置很不方便，于是把各種金屬做成一些小圓片，而金屬中間的間隔物則用一些同樣形狀的浸透鹽水的厚紙片來代替，然后依次按照銅片、紙片、鋅片；銅片、紙片、鋅片這樣一組一組地疊起來。

1800年，新的裝置制成了，當伏打把銅片的一端與鋅片的一端用導線連接起來時，果然從中獲得了連續而穩定的電流。這就是伏打發明的第一個化學電源。后來，伏打為了進一步提高他的電源的電量，他對他的電源作了一些新的改進，他將一塊銅板與一塊鋅板直接浸在盛有鹽水溶液的溶器中，將作為正極的銅板與作為負極的鋅板用導線連接起來，同樣得到了連續而穩定的電流。伏打最初把他的這種電源稱為"伽伐尼電池"，以紀念他的朋友伽伐尼。后來，人們為了紀念伏打，把這種電池稱為"伏打電池"或"伏打電堆"。

伏打電池是人類獲得的第一個穩定的電源。伏打電池的發明，第一次把化學轉變為電能，從而揭示出了電學與化學之間的聯系，推動了電學與化學之間的相互滲透，并正式宣告了電學與化學的交互作用產生的一門新興的邊緣學科——電化學的誕生。伏打電池的發明，是電學發展與化學發展交互作用的結果，而伏打電池發明之后，它反過來又推動了電學與化學的發展，而自電化學誕生之后，電學與化學都進入了19世紀的高速發展時期。伏打電池的發明，首次揭示出了電能與化學能之間的內在聯系，這就為后來的能量守恒和轉化定律的發現進一步奠定了實驗基礎。因此，它對18世紀的僵化自然觀念是又一次打擊，而對于19世紀的辯證自然觀的形成，也是一個重要的開端。