你能边走边玩手机,要感谢这条“颤抖的青蛙腿”
如果没有下面这个真实的故事,谁也不会想到,人类走入电的世界竟然与青蛙腿有关。
很多人都知道,电池是意大利科学家亚历山德罗・伏打发明的,但在这个发明的背后,还有另一个科学家的功劳,他就是伏打的好朋友,意大利解剖学家、医生路易・伽瓦尼。
伽瓦尼的发现纯粹出于偶然, 1786年11月6日这天,伽瓦尼在解剖青蛙时,偶然用铜质的手术刀触了一下放在铁盘里面的蛙腿,他发现蛙腿抽搐了一下,这件事引起伽瓦尼的好奇。
在那时关于电,人们所知仅限于摩擦起电和雷电之类的电现象,伽瓦尼猜测,青蛙腿的抽搐一定是有了电,可是这个电是从何而来呢?为了探个究竟,伽瓦尼认真做起实验来,实验下图所示。
他选择了晴天、雨天等不同的天气,选择了一天中不同的时刻,选择了铁纱窗、铜丝、铁板及各种不同的金属,还选择了玻璃、橡胶、松香、石头、木板等,他用各种不同的东西接触青蛙腿,发现蛙腿有时动,有时不动,有时动得较弱,有时较强烈。
1789年,他把观察的结果以“关于电对肌肉运动的作用”为题写成论文发表出来。在其中,他提出了两点结论:一是青蛙腿动与不动,与外来电没有关系;一是在青蛙神经中有电源,引起蛙腿抽搐的电流是肌肉内部某种电源引起的,他把这种电起名为“动物电”。
很可惜,伽瓦尼的这两个结论都错了,因此错过了发明电池的机会。虽然结论是错的,伽瓦尼仍功不可没,他的发现引起了其他科学家对电现象的关注,从此打开了通往电世界的大门。
在对伽瓦尼实验感兴趣的众多科学家中,一个很重要的人物就是亚历山德罗・伏打。
1745年伏打生于意大利美丽的小城科莫,伏打自小受到良好的家庭教育,他对文学和自然科学都十分喜好,尤其喜好阅读文学书籍和做电学实验。他有自己专门的实验室,不仅成功地制作出第一台摩擦起电机,还发明了测量电势高低的静电计。对电学实验的高度兴趣使他一步步地走向成功之路,也使他最早注意到了伽瓦尼的实验,及时抓住了发明的契机。
在1792年到1796年间,在伏打担任帕维亚大学物理学教授期间,他利用课余时间,反复地对“青蛙腿”做了几百次的实验。他发现伽瓦尼“动物电”的结论是含糊不清的。作为物理学家,他很自然地把注意力集中到了接触蛙腿的金属棒上。他挑选了各种金属材料测试,终于揭示了这个现象更为本质的因素,只要两种不同的金属相接触,即使它们之间不是青蛙腿,而是湿纸板、湿皮革或浸了水的海绵,都会有电流发生。伏打的发现结束了长达10年的“动物电”说法,并为电池的发明奠定了基础。
伏打测试了各种各样的金属,还根据发生电流的强弱分辨出了不同的金属产生电流的“活性”。他依照“活性”的强弱,排出了锌-铅-锡-铁-铜-银-金的次序,这就是著名的“伏打系列”。他用实验证明,当系列中两种不同的金属相接触时,前面的金属带负电,后面的带正电。
接着,伏打用锌片和铜片夹着用盐水浸湿的纸板,一层层地叠摞起来形成电堆,制成了伏打电池。
后来,他又把锌片和铜片作为电极,放进充满盐水或稀释的酸液的小杯子里,再把很多同样的小杯子电极串联起来,组成了电池。
1800年3月20日,伏打在写给伦敦皇家学会会长约瑟爵士的一封信中宣布了他的发明,所用的标题是“论不同导电物质接触产生的电”。以后,伏打又在学者的集会上用电堆做了多次的演示。伏打用实验证明,这种电池不用充电,就可以发出电击,认为它“有取之不尽,用之不竭的电”。虽然伏打电堆非常原始和简陋,但在当时,它却被看成是一个非常神奇的发明。
我们现在所使用的干电池就是经过改装的伏打电池,干电池中的氯化铵代替了盐水,中心的石墨棒代替了铜板,而外壳仍然是以锌皮作为负极。
当今世界的电池五花八门,从手电筒到电子手表,从移动电话到电脑,从汽车到汽船,从飞机到潜艇,甚至从卫星到宇宙飞船,到处都有电池的身影。
与现今电池世界的大家族相比,尽管伏打电池简单而粗陋,但这是人类首次开发出来的直流电源,它开创了人类首次使用电源的纪录,它是世界上所有电池的总源头。由于它的出现,使人们获得了稳定的电流,从此以后,研究电流的电磁效应、电热效应、电化学效应等才有了可能,电池把电磁学、电化学的研究带入了一个新阶段,把物理学乃至其他学科带入了一场真正的革命,甚至由电开始,把世界带入到一个飞跃发展的新时代。
1827年3月5日伏打去世后,在伏打电池的发源地,美丽的湖畔小镇科莫市,当地人为纪念伟大的发明家伏打,建起了伏打寺,又称伏打博物馆,馆中按照200多年前的原样,展示着当年伏打做实验的原始器材和文件。