電池的發(fā)現(xiàn),原來是一場意外
來源:科普中國
發(fā)布時間:2022-12-05
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電池是日常生活中必不可少的東西,但是電池的發(fā)現(xiàn)其實是一場學術(shù)爭議帶來的意外。

1757年,有人發(fā)現(xiàn)給青蛙腿通電會讓蛙腿收縮,但為什么會有這種現(xiàn)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系統(tǒng)性地研究這個現(xiàn)象,他發(fā)現(xiàn)各種外部的電都可以讓蛙腿收縮,可是他還意外地發(fā)現(xiàn),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(jīng),蛙腿就會收縮。

既然收縮,那就是有電。電從哪里來的呢?伽凡尼認為,這種收縮和蛙活著的時候的運動應(yīng)該擁有一樣的原理,是蛙腿自己產(chǎn)生了電,驅(qū)動了肌肉的運動。他更進一步認為,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尸體,就能實現(xiàn)某種近似于復活的現(xiàn)象。

伽凡尼理論一度相當流行,還用于各種公開表演。1803年,伽凡尼的外甥在倫敦進行了一場極為轟動的演示:對一個剛剛執(zhí)行了死刑的犯人尸體進行電擊處理。圍觀群眾目瞪口呆地看到,電流通在臉上的一瞬間,尸體的下巴開始打顫,相鄰的肌肉明顯扭曲,甚至睜開了一只眼睛。接下來的電擊還讓右手張開,腿腳運動起來?,旣愌┤R的小說《弗蘭肯斯坦》被認為是世界上第一部科幻小說,其中尸體縫合復活的情節(jié)就受到伽凡尼理論的影響。

可是,另一個意大利科學家亞歷山德羅·伏打,對伽凡尼理論產(chǎn)生了疑問。伏打?qū)﹄娮屒嗤軇悠饋淼膶嶒炓埠芨信d趣,但他自己做的時候發(fā)現(xiàn)了一個問題。青蛙腿的運動好像和用來碰腿的金屬有關(guān)系。具體說來,用單獨一種金屬碰的時候動作很小,兩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自己在產(chǎn)生電,那所用金屬的種類就不應(yīng)該有什么影響。伏打據(jù)此認為,這不是生物的電,而是金屬的電。他的解釋是,不同的物體接觸的時候,會產(chǎn)生電學上的“不平衡”,從而產(chǎn)生電。有機物和金屬接觸的時候就能產(chǎn)生這樣的不平衡,兩種金屬在一起的時候就更加明顯了。

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

未受戰(zhàn)亂波及的伏打繼續(xù)進行研究,他想證明電的來源是金屬的接觸,和動物無關(guān)。但是,兩種金屬直接放在一起,并不能看到任何異常。這是因為二者接觸瞬間就會達成新的平衡,能檢測到這個瞬間電流的只有生物體。沒有動物的話,電流雖然存在,但無法被觀測到。

伏打嘗試了多種手段,終于,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(xù)進行化學反應(yīng),從而讓電流也可以穩(wěn)定持續(xù)產(chǎn)生。這就是所謂的伏打電堆,也就是世界上第一個電池。

雖然電池在當時沒有什么實際用途,但卻徹底地改變了電學研究的面貌。電池能夠隨時隨地提供穩(wěn)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可能。戴維和法拉第使用電池進行電解實驗,發(fā)現(xiàn)了鈉、鉀、氯等一系列的新元素,而歐姆使用電池發(fā)現(xiàn)了電壓、電流和電阻之間的關(guān)系,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,但他猜中了生物體運動的機制。后來的實驗表明,活的生物體傳遞運動的方式確實是電信號,也正因此,生物體才會把外來的電流認作運動的指令。今天伽凡尼被認為是現(xiàn)代電生理學之父,心電圖和腦電圖的理論依據(jù)也可以追溯到他。



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