《人类科学技术史-236》伽伐尼实验与伏打电池

伽伐尼实验与伏打电池

18世纪中期，人们在非洲与南美等地的热带河流中，曾发现一种很怪的鱼，当你用手去抓它时，它能以一种类似"电击"的方式自卫，后来人们进一步发现，只是在用两只手同时碰它的头和尾部时，才受到电击。更有趣的是，这种鱼可用来给莱顿瓶充电。这说明，这种鱼的自卫方式确实是电击，是一种放电现象。后来，人们把这种鱼称为"电鳗"或"电妖鱼"。

电鳗的电击现象引起了意大利生物学家伽伐尼(1737-1798年）对动物体上的电现象的关注，当时，他正致力于动物解剖学研究。1780年，他偶然发现雷电使蛙腿肌肉发生抽搐，这一发现，引起了他的兴趣，以后几年内，他一直试图以实验再次证实这一发现。1786年9月20日，他进行了这样一个实验：他用莱顿瓶储存了一些用静电起电机产生的电荷，然后用莱顿瓶放电来刺激青蛙的大腿肌肉，发现同样能使肌肉抽搐。他认为，这可能是由于蛙腿肌肉本身含有一种像电鳗那样的"生物电"与莱顿瓶的放电相互感应的结果。

伽伐尼把他的实验告诉了他的朋友、物理学家伏打(1745-1827年），伏打重复了这一实验，也得到了相同的结果。不过伏打认为，这并不是因为动物体内含有"生物电"的原因，而是在于两种导体接触的结果。后来，伽伐尼于1791年又发现，用两种不同的金属叉尖同时接触蛙腿，同样也能使它抽搐。同年，伽伐尼提出了动物组织中含有"动物电"的论断。

伽伐尼不仅初步从实验上证实了"动物电"的存在，更重要的是，它导致了电流的最初发现，直接推动了电学的发展，特别是导致了电化学的诞生，而伏打即是电化学的伟大开拓者。

伏打是18世纪末19世纪初的杰出的实验电学家之一，1762年起，17岁的他就开始致力于电学研究。1775年，他在格里凯起电机的基础上，发明了一种新的起电盘，这种起电盘既可产生正电荷，也可产生负电荷，而且所产生的电荷量要比格里凯起电机所产生的电荷量大。在实验电学研究中，伏打试图发明一种新的电源，以便获得稳定的电荷。为此，他对各种金属与非金属元素的电势进行了实验分析，于1792年发表了一个最早的各种不同的金属的电势顺序表。

当伏打正致力于各种金属的电势的实验测定时，伽伐尼把自己的实验告诉了他。1792-1796年间，伏打多次重复了伽伐尼实验，得到了与伽伐尼同样的结果。不过他认为，实验中所产生的电荷，并不在蛙腿肌肉本身，而在于两种金属的接触。因为他在实验中发现，当两种金属接触时，若在两种金属之间隔些溶液或湿物，也能产生微弱的电荷，这是伏打的一项重要发现，他决定以此为基础，进行他多年来希望进行的发明一种稳定电源实验。

在最初的实验中，伏打用半碗半碗的盐水依次将一连串的金属连接起来，他发现这种装置能产生一定的电流。正是在这种最初的实验中，伏打发现了"锌-铅-锡-铁-铜-银-金"等各种主要金属的电势序列。后来，他觉得这种装置很不方便，于是把各种金属做成一些小圆片，而金属中间的间隔物则用一些同样形状的浸透盐水的厚纸片来代替，然后依次按照铜片、纸片、锌片；铜片、纸片、锌片这样一组一组地叠起来。

1800年，新的装置制成了，当伏打把铜片的一端与锌片的一端用导线连接起来时，果然从中获得了连续而稳定的电流。这就是伏打发明的第一个化学电源。后来，伏打为了进一步提高他的电源的电量，他对他的电源作了一些新的改进，他将一块铜板与一块锌板直接浸在盛有盐水溶液的溶器中，将作为正极的铜板与作为负极的锌板用导线连接起来，同样得到了连续而稳定的电流。伏打最初把他的这种电源称为"伽伐尼电池"，以纪念他的朋友伽伐尼。后来，人们为了纪念伏打，把这种电池称为"伏打电池"或"伏打电堆"。

伏打电池是人类获得的第一个稳定的电源。伏打电池的发明，第一次把化学转变为电能，从而揭示出了电学与化学之间的联系，推动了电学与化学之间的相互渗透，并正式宣告了电学与化学的交互作用产生的一门新兴的边缘学科——电化学的诞生。伏打电池的发明，是电学发展与化学发展交互作用的结果，而伏打电池发明之后，它反过来又推动了电学与化学的发展，而自电化学诞生之后，电学与化学都进入了19世纪的高速发展时期。伏打电池的发明，首次揭示出了电能与化学能之间的内在联系，这就为后来的能量守恒和转化定律的发现进一步奠定了实验基础。因此，它对18世纪的僵化自然观念是又一次打击，而对于19世纪的辩证自然观的形成，也是一个重要的开端。