伽伐尼實(shí)驗(yàn)與伏打電池

18世紀(jì)中期，人們?cè)诜侵夼c南美等地的熱帶河流中，曾發(fā)現(xiàn)一種很怪的魚，當(dāng)你用手去抓它時(shí)，它能以一種類似"電擊"的方式自衛(wèi)，后來人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，只是在用兩只手同時(shí)碰它的頭和尾部時(shí)，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(wèi)方式確實(shí)是電擊，是一種放電現(xiàn)象。后來，人們把這種魚稱為"電鰻"或"電妖魚"。

電鰻的電擊現(xiàn)象引起了意大利生物學(xué)家伽伐尼(1737-1798年）對(duì)動(dòng)物體上的電現(xiàn)象的關(guān)注，當(dāng)時(shí)，他正致力于動(dòng)物解剖學(xué)研究。1780年，他偶然發(fā)現(xiàn)雷電使蛙腿肌肉發(fā)生抽搐，這一發(fā)現(xiàn)，引起了他的興趣，以后幾年內(nèi)，他一直試圖以實(shí)驗(yàn)再次證實(shí)這一發(fā)現(xiàn)。1786年9月20日，他進(jìn)行了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：他用萊頓瓶?jī)?chǔ)存了一些用靜電起電機(jī)產(chǎn)生的電荷，然后用萊頓瓶放電來刺激青蛙的大腿肌肉，發(fā)現(xiàn)同樣能使肌肉抽搐。他認(rèn)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(yīng)的結(jié)果。

伽伐尼把他的實(shí)驗(yàn)告訴了他的朋友、物理學(xué)家伏打(1745-1827年），伏打重復(fù)了這一實(shí)驗(yàn)，也得到了相同的結(jié)果。不過伏打認(rèn)為，這并不是因?yàn)閯?dòng)物體內(nèi)含有"生物電"的原因，而是在于兩種導(dǎo)體接觸的結(jié)果。后來，伽伐尼于1791年又發(fā)現(xiàn)，用兩種不同的金屬叉尖同時(shí)接觸蛙腿，同樣也能使它抽搐。同年，伽伐尼提出了動(dòng)物組織中含有"動(dòng)物電"的論斷。

伽伐尼不僅初步從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了"動(dòng)物電"的存在，更重要的是，它導(dǎo)致了電流的最初發(fā)現(xiàn)，直接推動(dòng)了電學(xué)的發(fā)展，特別是導(dǎo)致了電化學(xué)的誕生，而伏打即是電化學(xué)的偉大開拓者。

伏打是18世紀(jì)末19世紀(jì)初的杰出的實(shí)驗(yàn)電學(xué)家之一，1762年起，17歲的他就開始致力于電學(xué)研究。1775年，他在格里凱起電機(jī)的基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種新的起電盤，這種起電盤既可產(chǎn)生正電荷，也可產(chǎn)生負(fù)電荷，而且所產(chǎn)生的電荷量要比格里凱起電機(jī)所產(chǎn)生的電荷量大。在實(shí)驗(yàn)電學(xué)研究中，伏打試圖發(fā)明一種新的電源，以便獲得穩(wěn)定的電荷。為此，他對(duì)各種金屬與非金屬元素的電勢(shì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，于1792年發(fā)表了一個(gè)最早的各種不同的金屬的電勢(shì)順序表。

當(dāng)伏打正致力于各種金屬的電勢(shì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)，伽伐尼把自己的實(shí)驗(yàn)告訴了他。1792-1796年間，伏打多次重復(fù)了伽伐尼實(shí)驗(yàn)，得到了與伽伐尼同樣的結(jié)果。不過他認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的電荷，并不在蛙腿肌肉本身，而在于兩種金屬的接觸。因?yàn)樗趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種金屬接觸時(shí)，若在兩種金屬之間隔些溶液或濕物，也能產(chǎn)生微弱的電荷，這是伏打的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，他決定以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行他多年來希望進(jìn)行的發(fā)明一種穩(wěn)定電源實(shí)驗(yàn)。

在最初的實(shí)驗(yàn)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(fā)現(xiàn)這種裝置能產(chǎn)生一定的電流。正是在這種最初的實(shí)驗(yàn)中，伏打發(fā)現(xiàn)了"鋅-鉛-錫-鐵-銅-銀-金"等各種主要金屬的電勢(shì)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(dāng)伏打把銅片的一端與鋅片的一端用導(dǎo)線連接起來時(shí)，果然從中獲得了連續(xù)而穩(wěn)定的電流。這就是伏打發(fā)明的第一個(gè)化學(xué)電源。后來，伏打?yàn)榱诉M(jìn)一步提高他的電源的電量，他對(duì)他的電源作了一些新的改進(jìn)，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(fù)極的鋅板用導(dǎo)線連接起來，同樣得到了連續(xù)而穩(wěn)定的電流。伏打最初把他的這種電源稱為"伽伐尼電池"，以紀(jì)念他的朋友伽伐尼。后來，人們?yōu)榱思o(jì)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(gè)穩(wěn)定的電源。伏打電池的發(fā)明，第一次把化學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑥亩沂境隽穗妼W(xué)與化學(xué)之間的聯(lián)系，推動(dòng)了電學(xué)與化學(xué)之間的相互滲透，并正式宣告了電學(xué)與化學(xué)的交互作用產(chǎn)生的一門新興的邊緣學(xué)科——電化學(xué)的誕生。伏打電池的發(fā)明，是電學(xué)發(fā)展與化學(xué)發(fā)展交互作用的結(jié)果，而伏打電池發(fā)明之后，它反過來又推動(dòng)了電學(xué)與化學(xué)的發(fā)展，而自電化學(xué)誕生之后，電學(xué)與化學(xué)都進(jìn)入了19世紀(jì)的高速發(fā)展時(shí)期。伏打電池的發(fā)明，首次揭示出了電能與化學(xué)能之間的內(nèi)在聯(lián)系，這就為后來的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。因此，它對(duì)18世紀(jì)的僵化自然觀念是又一次打擊，而對(duì)于19世紀(jì)的辯證自然觀的形成，也是一個(gè)重要的開端。