物理史话之电池就是这么造出来的伏打

我们几乎每个人都用过干电池,但是干电池是根据什么原理制造出来的呢?为什么中间要用石墨棒,外壳用锌皮,填充物为什么又是有苦味的氯化铵糊状物?干电池的前身又是什么?带着这些问题,科普君带你来认识一位对电学世界产生重大影响的科学家伏打。

物理史话之电池就是这么造出来的伏打

亚历山德罗·伏打

山历山德罗·伏打于1745年出生在意大利北部伦巴第的科莫,伏打家是个没落的贵族家庭,他的兄弟姐妹大都从事神职。伏打小时候并没有显示出高人一等的智商,相反的,据说他到4岁才学会说话,不过到7岁以后,他就跟普通的孩子表现的没什么两样了。学生时代的伏打很想将来能够做一名诗人,但是到他24岁的时候,他改变志愿了,他想当一名物理学家。1774年,伏打担任科莫的一所中学的物理老师,第二年,他发明了起电盘。在伏打那个年代,物理学家要想研究电是非常困难的,因为电本身就很难得到。但是都是先使用摩擦产生静电,然后将静电导入到莱顿瓶中,在需要使用的时候,再导出来,非常不方便。而伏打发明的起电盘则完全取代莱顿瓶,成为了电容器的前身,直到现在还在使用。

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伏打起电盘

1780年左右,意大利解剖学家伽伐尼蛙腿在发电机放电的作用下会收缩。几年以后,伽伐尼又发现将青蛙腰部的神经黄铜钩子上并连接到铁栏杆上,当铁筷每次跟蛙腿和铁栏杆接触时,蛙腿同样也会收缩,伽伐尼认为在动物的体内存在"动物电"。一次,伽伐尼在英国皇家学会讲他的"动物电"的学说,博得了阵阵的掌声,但是有一个人却表示出了不敢苟同的神色,他就是当时已经是帕维亚大学教授的伏打。伏打在关于电流究竟是由肌肉组织产生的还是由金属产生的的问题上产生了好奇。

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伽伐尼

回到意大利后,伏打钻进了图书馆,开始查阅相关的资料。有一天,他看到一份名叫兹路扎的德国人写的报告,里面记载了他做过的一个实验:将两块不同的金属片分别夹在舌头下,然后用导线连接两块金属片,舌头上会有发麻的感觉。但如果两块金属片是相同金属的话,就没有这种感觉。这份报告让伏打欣喜若狂,他随手拿来一块银币和一块锡片,用导线连起来之后放到嘴里,他的舌头果然也麻了起来,伏打高兴地对他的助手说:这就是触电的感觉,导线里面肯定有电流。于是,在两个意大利人中产生了一场论战,一方是坚持"动物电"的伽伐尼,支持者有德国的洪堡,另一方是坚持"金属电"的伏打,支持者有法国的库伦。后来,论战的结果是伽伐尼在怨念中去世了。当然了,后来证明,他们两个说的都没有问题,但是都不够全面。伽伐尼的观点导致了动物电流的发现。电流和生命是息息相关的,每当生物体的神经受到刺激或者肌肉收缩都会产生电流,利用现代的电子仪器,人们能够将这种电流放大百万倍。许多的医疗器械就是根据这个原理制造出来的,为医生判断病情做出越来越多的贡献。而伏打的发现则直接导致了电池的发明。

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伏打电池原理

伏打并没有就此打住,他继续做实验,发现如果将银币和锡片放在清水中,则导线中没有电,单独将银币或者锡片放入嘴中也没有麻的感觉,于是他猜测,是口腔中含有酸。于是他在这个思路的基础上,用铜和锌做成两个金属片,在两个金属片中间做了一个夹层,用两根导线分别连在两块金属片上作为两极。当伏打把这个装置放到稀酸液中时,他用手触摸导线,感到一阵麻木,手发生了强烈的痉挛,伏打兴奋无比"我触电了,我们成功了"。随后,伏打又将几个装有酸的杯子连在一起,每个杯子里面都装上了这样的一套装置,并将前一个杯子中的铜片和后一个杯子中的锌片相连,最后两端用导线连接。当伏打握住导线的时候,他不但感觉到手发麻了,身体也发麻了,这说明新装置上产生的电压更大。

物理史话之电池就是这么造出来的伏打

伏打电堆

伏打证明了这个装置的一端带有正电,另一端带有负电,这个装置就是伏打堆。这个装置在当时引起了很大的轰动,这是第一个能持续产生稳定电流的装置,也正是因为有了持续电流,才使电学的研究打开了新的局面。

1801年,伏打在巴黎法国科学院表演了他的实验,当时拿破仑也在场,他立即下令授予伏打一枚特制金质奖章和一份养老金,于是伏打成为拿破仑的被保护人。1815年,拿破仑倒台后,伏打并没有受到什么冲击,他依然受到了人们的尊敬,因为他对政治其实一点都不关心,他只专心于他的研究。1819年以后,伏打完全过起了一种隐居的生活,他在家乡科莫生活了8年,直到1827年,他在科莫去世,享年83岁。伏打去世后,人们为了纪念他,将电动势的单位命名为"伏特",即"伏打"(将Volta这个单词的最后一个字母a去掉,即是电动势的单位Volt)。

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纪念伏打及他的发明的邮票


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