△伏打电池——世界上第一个电池 

我们日常生活中可以见到各种各样的电池,你可知道这世界上的第一个电池是什么样的,它具有怎样的历史意义?

伽代尼的论文发表以后,不少人开始接受他提出的“动物电”术语,因为那时人们已了解到一些鱼类就是带电的,如电鳗,可以通过放电(高达75V)攻击敌人,所以别的动物体内贮有这种动物电也并不稀奇。意大利巴维亚大学的自然哲学教授称赞伏打这一发现在物理学和化学史上,是足以称得上划时代的发现之一。

伏打序列

伏打在电的研究上,发现了金属的排列与正负电有关,为电池的出现打下了基础。1781年,伏打曾经对已有的验电器进行改造,制成了能够测定微量电荷的验电器。他把该验电器叫做麦秸验电器。次年,他又给验电器配上电容器,制成能用以测量低电压的电学仪器。1775年他发明了起电盘装置。他在给普利斯特列的信中描写了这种起电盘装置:在一个用丝绸吊起的金属盆中,放着树脂和沥青混合物的圆块,先使其带上电;盆盖的内外侧由于受到感应而带上不同的电荷,用手接触外侧使一种电荷消失,就可以由盆盖上得到与圆块上相反的电荷。只要圆块上有电,就可以不断地从盆盖上得到电荷。伏打的这些发明为他日后研究“动物电”创造了条件。

当伽伐尼的发现公布后,伏打非常震惊,立即着手这方面的研究。为了验证电的性质,伏打将一块金币和一块银币顶住舌头,用导线将两者连起来,舌头就感到了苦味。他将两种金属连接起来,一头接触眼皮上部一端用嘴含住,当刚一接触的瞬间,奇异的事发生了,居然产生了光的感觉!伏打开始认识到,金属不仅是导体,而且能够产生电;电不仅能使青蛙腿产生运动,而且能够影响视觉和味觉神经。这一结论很快引起了人们的广泛关注。由于天才的头脑,在对伽伐尼的动物电研究中,他很快意识到必须把这一效应的物理因素放到首要地位。他认为,青蛙的肌肉和神经中是不存在电的,是不同金属与湿的物体的接触产生了电的流动,蛙腿只是起到了验电器的作用。179312月,伏打在一封信中公开提出了反对伽伐尼动物电的观点,他一再强调电流在本质上是由金属的接触产生的,与金属板是否压在活的或死的动物体上无关。他倡导用“金属电”来代替“动物电”这个名称。伏打的观点一公布,犹如一颗重磅炸弹,引起了人们激烈的争论。

伽伐尼将青蛙的神经与青蛙的脊椎和腿接触,同样引起蛙的收缩,他用这个实验来反对电来自金属接触的说法。尽管他们各自的解释都不正确,但是他们的发现和争论却是具有非凡的意义。伏打坚持了自己的研究方向和观点,新的发现和发明接踵而来。在1796年的一封信中,伏打把金属(他把黄铁矿和木炭也包括在内)称为第一类导体或干导体,把含有金属元素的液体(盐、碱、酸等)称为第二类导体或湿导体。他指出:“把干的导体,即第一类导体与湿的导体,即第二类导体接触,就会引起电的扰动,产生电运动;产生这个现象的原因,目前还不清楚,只能认为是一般特性。”伏打用了三年的时间,用各种金属一一组合搭配的方法,研究两种金属相接触产生电的现象。他发现,同一种金属与某一种金属接触时带正电,与另一种金属接触时带负电。所以,金属究竟带何种电,取决于它,以及与它接触的金属的性质。如锌和铜接触,前者带正电,后者带负电;而铜和金接触时,铜则带正电,金带负电,当然,现在我们知道金属的这些性质,是跟它们失去电子的能力大小有关的。失去电子能力大的金属在实验中失去电子而带正电,能力小的金属获得电子而带上了负电。1797年,伏打公布了这些研究成果,不少学者感到惊讶。在大量实验的基础上,伏打确定了一个金属序列,只要按这个顺序将任意的两种金属接触,排在前面的那种金属将带正电,排在后面的那种金属将带负电。伏打排出的这个序列是:锌、铅、锡、铁、铜、银、金、石墨、木炭,这就是著名的伏打序列,又被作了一些补充。后来他还进一步发现,如果将不同的几种金属依次联接起来,其总的电位差与中间的金属种类无关,只与首、尾两端的金属性质有关。

伏打电池

伏打将两块第一类导体与浸有酸溶液的湿布接触,再用导线将两块第一类导体连接起来,发现导线中产生了电流。伏打称这种电池为伽伐尼电池。这个电池大概是我们今天所用的许多型号、种类的电池的始祖。1800320日,伏打把他的发现写信告诉了英国皇家学会会长班克斯勋爵,在信中他写道:“无疑你们会对我所要介绍的装置感到惊讶,只是用一些不同的导体按一定的方式叠置起来的装置。用30片、40片、60片甚至更多的铜片(当然最好是银片),将它们中的每一片与一片锡片(最好是锌片)接触,然后充一层水或导电性能比水更好的食用盐水、碱水等液层,或填上一层用这些液体浸透的纸皮或皮革等,…,就能产生相当多的电荷。”这就是有名的伏打电池。他通过手、额、鼻、耳、皮肤等与这些装置的两极接通,直接体会受到电刺激的各种感受,感到了皮肤的刺疼,舌头的痉挛,眼睛的光感觉,耳内的轰鸣声和脑部的振荡等

伏打电池的发明,使人们第一次获得了比较强的,稳定的而持续的电流,为科学家们从对静电的研究转入对动电的研究创造了物质条件,导致了电解化学、电磁感应等一系列重大的科学发现,加深了入们对光、热、磁、化学变化之间关系的认识;伏打电池的发明还开辟了电力应用的广阔道路,在这个处处都离不开电力的年代我们不应该忘记先辈科学家所作的贡献。后来有人对伏打电池作过一些改进,在很长一段时间里它成为仅有的实用电池。

由于伏打电池电极的极化损耗,电池所能提供的电流越来越小,以至最后失去使用价值,而且这个过程发生很快,这一点制约了伏打电池的更广泛应用。为了克服上述缺点,大约从1830年开始,人们开始为获得比较稳定的电池作尝试。其中比较成功的有丹聂尔、格罗夫和本生。丹聂尔在1836年发明的电池里,在浓硫酸铜和稀硫酸之间用动物膜隔开,后来又用多孔的陶土杯代替了动物膜。1839年格罗夫用不稳定的硝酸制作伽伐尼电池。他用锌作成一个上下开关的圆筒,在稀硫酸中浸过,然后放进一个陶瓷容器中,注入硝酸并放入白金作为另一极,这就是“格罗夫电池”。1841年本生建议用碳代替昂贵的白金作为一极。1803年李特尔首次提出蓄电池或二次电池。到1859年,格罗夫制造出了真正实用的蓄电池。