電池的發現,原來是一場意外
來源:科普中國
發布時間:2022-12-05
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電池是日常生活中必不可少的東(dong) 西,但是電池的發現其實是一場學術爭(zheng) 議帶來的意外。

1757年,有人發現給青蛙腿通電會(hui) 讓蛙腿收縮,但為(wei) 什麽(me) 會(hui) 有這種現象,還沒有通行的解釋。

一位名叫伽凡尼的意大利物理學家想要係統性地研究這個(ge) 現象,他發現各種外部的電都可以讓蛙腿收縮,可是他還意外地發現,沒有外部電源的時候蛙腿也能收縮。比如說,用銅線一頭連接在蛙腿上,另一頭碰觸蛙腿的神經,蛙腿就會(hui) 收縮。

既然收縮,那就是有電。電從(cong) 哪裏來的呢?伽凡尼認為(wei) ,這種收縮和蛙活著的時候的運動應該擁有一樣的原理,是蛙腿自己產(chan) 生了電,驅動了肌肉的運動。他更進一步認為(wei) ,前人所謂的生命活力,就是這種神秘的電。反過來說,如果把電通給死去的屍體(ti) ,就能實現某種近似於(yu) 複活的現象。

伽凡尼理論一度相當流行,還用於(yu) 各種公開表演。1803年,伽凡尼的外甥在倫(lun) 敦進行了一場極為(wei) 轟動的演示:對一個(ge) 剛剛執行了死刑的犯人屍體(ti) 進行電擊處理。圍觀群眾(zhong) 目瞪口呆地看到,電流通在臉上的一瞬間,屍體(ti) 的下巴開始打顫,相鄰的肌肉明顯扭曲,甚至睜開了一隻眼睛。接下來的電擊還讓右手張開,腿腳運動起來。瑪麗(li) 雪萊的小說《弗蘭(lan) 肯斯坦》被認為(wei) 是世界上第一部科幻小說,其中屍體(ti) 縫合複活的情節就受到伽凡尼理論的影響。

可是,另一個(ge) 意大利科學家亞(ya) 曆山德羅·伏打,對伽凡尼理論產(chan) 生了疑問。伏打對電讓青蛙動起來的實驗也很感興(xing) 趣,但他自己做的時候發現了一個(ge) 問題。青蛙腿的運動好像和用來碰腿的金屬有關(guan) 係。具體(ti) 說來,用單獨一種金屬碰的時候動作很小,兩(liang) 種金屬在一起的時候效果卻明顯得多。

如果這種抽搐是生物體(ti) 自己在產(chan) 生電,那所用金屬的種類就不應該有什麽(me) 影響。伏打據此認為(wei) ,這不是生物的電,而是金屬的電。他的解釋是,不同的物體(ti) 接觸的時候,會(hui) 產(chan) 生電學上的“不平衡”,從(cong) 而產(chan) 生電。有機物和金屬接觸的時候就能產(chan) 生這樣的不平衡,兩(liang) 種金屬在一起的時候就更加明顯了。

伽凡尼和伏打的爭(zheng) 論持續了好幾年,但在得出結論之前就被一場意外打斷了。1797年法國占領了意大利北部,建立了傀儡政權,要求所有大學教授向新政府效忠。伽凡尼因為(wei) 拒絕效忠而被剝奪了所有學術地位和經費來源,研究被迫終端,一年後他在貧困中死去。

未受戰亂(luan) 波及的伏打繼續進行研究,他想證明電的來源是金屬的接觸,和動物無關(guan) 。但是,兩(liang) 種金屬直接放在一起,並不能看到任何異常。這是因為(wei) 二者接觸瞬間就會(hui) 達成新的平衡,能檢測到這個(ge) 瞬間電流的隻有生物體(ti) 。沒有動物的話,電流雖然存在,但無法被觀測到。

伏打嚐試了多種手段,終於(yu) ,當他把金屬之間用鹽水浸泡的紙板隔開的時候,觀察到了電的生成。鹽水的存在讓金屬得以持續進行化學反應,從(cong) 而讓電流也可以穩定持續產(chan) 生。這就是所謂的伏打電堆,也就是世界上第一個(ge) 電池。

雖然電池在當時沒有什麽(me) 實際用途,但卻徹底地改變了電學研究的麵貌。電池能夠隨時隨地提供穩定可控的電壓和電流,讓針對電學的定量研究以及需要長時間通電的研究成為(wei) 可能。戴維和法拉第使用電池進行電解實驗,發現了鈉、鉀、氯等一係列的新元素,而歐姆使用電池發現了電壓、電流和電阻之間的關(guan) 係,也就是所謂的歐姆定律。

而伽凡尼雖然判斷錯了他實驗中電的來源,但他猜中了生物體(ti) 運動的機製。後來的實驗表明,活的生物體(ti) 傳(chuan) 遞運動的方式確實是電信號,也正因此,生物體(ti) 才會(hui) 把外來的電流認作運動的指令。今天伽凡尼被認為(wei) 是現代電生理學之父,心電圖和腦電圖的理論依據也可以追溯到他。



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