電池的發(fā)現(xiàn),原來(lái)是一場(chǎng)意外
來(lái)源:科普中國(guó)
發(fā)布時(shí)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(shí)是一場(chǎng)學(xué)術(shù)爭(zhēng)議帶來(lái)的意外。

1757年,有人發(fā)現(xiàn)給青蛙腿通電會(huì)讓蛙腿收縮,但為什么會(huì)有這種現(xiàn)象,還沒(méi)有通行的解釋。

一位名叫伽凡尼的意大利物理學(xué)家想要系統(tǒng)性地研究這個(gè)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(méi)有外部電源的時(shí)候蛙腿也能收縮。比如說(shuō),用銅線(xiàn)一頭連接在蛙腿上,另一頭碰觸蛙腿的神經(jīng),蛙腿就會(huì)收縮。

既然收縮,那就是有電。電從哪里來(lái)的呢?伽凡尼認(rèn)為,這種收縮和蛙活著的時(shí)候的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該擁有一樣的原理,是蛙腿自己產(chǎn)生了電,驅(qū)動(dòng)了肌肉的運(yùn)動(dòng)。他更進(jìn)一步認(rèn)為,前人所謂的生命活力,就是這種神秘的電。反過(guò)來(lái)說(shuō),如果把電通給死去的尸體,就能實(shí)現(xiàn)某種近似于復(fù)活的現(xiàn)象。

伽凡尼理論一度相當(dāng)流行,還用于各種公開(kāi)表演。1803年,伽凡尼的外甥在倫敦進(jìn)行了一場(chǎng)極為轟動(dòng)的演示:對(duì)一個(gè)剛剛執(zhí)行了死刑的犯人尸體進(jìn)行電擊處理。圍觀(guān)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(kāi)始打顫,相鄰的肌肉明顯扭曲,甚至睜開(kāi)了一只眼睛。接下來(lái)的電擊還讓右手張開(kāi),腿腳運(yùn)動(dòng)起來(lái)。瑪麗雪萊的小說(shuō)《弗蘭肯斯坦》被認(rèn)為是世界上第一部科幻小說(shuō),其中尸體縫合復(fù)活的情節(jié)就受到伽凡尼理論的影響。

可是,另一個(gè)意大利科學(xué)家亞歷山德羅·伏打,對(duì)伽凡尼理論產(chǎn)生了疑問(wèn)。伏打?qū)﹄娮屒嗤軇?dòng)起來(lái)的實(shí)驗(yàn)也很感興趣,但他自己做的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題。青蛙腿的運(yùn)動(dòng)好像和用來(lái)碰腿的金屬有關(guān)系。具體說(shuō)來(lái),用單獨(dú)一種金屬碰的時(shí)候動(dòng)作很小,兩種金屬在一起的時(shí)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(lèi)就不應(yīng)該有什么影響。伏打據(jù)此認(rèn)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(shí)候,會(huì)產(chǎn)生電學(xué)上的“不平衡”,從而產(chǎn)生電。有機(jī)物和金屬接觸的時(shí)候就能產(chǎn)生這樣的不平衡,兩種金屬在一起的時(shí)候就更加明顯了。

伽凡尼和伏打的爭(zhēng)論持續(xù)了好幾年,但在得出結(jié)論之前就被一場(chǎng)意外打斷了。1797年法國(guó)占領(lǐng)了意大利北部,建立了傀儡政權(quán),要求所有大學(xué)教授向新政府效忠。伽凡尼因?yàn)榫芙^效忠而被剝奪了所有學(xué)術(shù)地位和經(jīng)費(fèi)來(lái)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(jìn)行研究,他想證明電的來(lái)源是金屬的接觸,和動(dòng)物無(wú)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?yàn)槎呓佑|瞬間就會(huì)達(dá)成新的平衡,能檢測(cè)到這個(gè)瞬間電流的只有生物體。沒(méi)有動(dòng)物的話(huà),電流雖然存在,但無(wú)法被觀(guān)測(cè)到。

伏打嘗試了多種手段,終于,當(dāng)他把金屬之間用鹽水浸泡的紙板隔開(kāi)的時(shí)候,觀(guān)察到了電的生成。鹽水的存在讓金屬得以持續(xù)進(jìn)行化學(xué)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(gè)電池。

雖然電池在當(dāng)時(shí)沒(méi)有什么實(shí)際用途,但卻徹底地改變了電學(xué)研究的面貌。電池能夠隨時(shí)隨地提供穩(wěn)定可控的電壓和電流,讓針對(duì)電學(xué)的定量研究以及需要長(zhǎng)時(shí)間通電的研究成為可能。戴維和法拉第使用電池進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn),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(cuò)了他實(shí)驗(yàn)中電的來(lái)源,但他猜中了生物體運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。后來(lái)的實(shí)驗(yàn)表明,活的生物體傳遞運(yùn)動(dòng)的方式確實(shí)是電信號(hào),也正因此,生物體才會(huì)把外來(lái)的電流認(rèn)作運(yùn)動(dòng)的指令。今天伽凡尼被認(rèn)為是現(xiàn)代電生理學(xué)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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