书城自然自然科学史十二讲
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第28章 电池的发明——伏打

伏打(Alessandro?Volta,1745—1827),意大利物理学家。1745年2月18日生于科莫。学生时代就对自然科学有浓厚兴趣。1774—1779年任科莫大学预科物理学教授,1779—1815年任帕多瓦大学哲学系主任,1819年退休后回到故乡科莫,1827年3月5日在该地逝世。

伏打出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。他对科学的爱好似乎是自然而然发生的。伏打所受的教育主要是拉丁文、语言学和文学。他有时写作法文和意大利文的十四行诗,以及拉丁文颂诗。他对科学的爱好似乎是自然而然发生的,十九岁时他写作了一首关于化学发现的六韵步的拉丁文小诗。他居住的科莫周围地区甚为繁华,与瑞士的交通也非常便捷。奥地利政府当时信奉自由主义,因此这地区的富豪们都过着一种悠闲舒适的生活。

伏打在青年时期就开始了电学实验,他读了他能够找到的许多书,对这工作深感兴趣。他的好友加托尼送给他一些仪器,并在家里让出了一间房子来支持他的研究。伏打十六岁时开始与一些著名的电学家通信,其中有巴黎的诺莱和都灵的贝卡里亚。

贝卡里亚是一位很有成就的国际知名的电学家,他劝告伏打少提出理论,多做实验。事实上,伏打年青时期的理论思想远不如他的实验重要。随着岁月的流逝,伏打对静电的了解至少可以和当时最好的电学家媲美。不久他就开始应用他的理论制造各种有独创性的仪器,用现代的话来讲,要点在于他对电量、电量或张力、电容以及关系式Q=CV都有了明确的了解。1769年发表第一篇科学论文。

伏打制造的仪器的一个杰出例子是起电盘。一块导电板放在一个由摩擦起电的充电树脂“饼”上端,然后用一个绝缘柄与金属板接触,使它接地,再把它举起来,于是金属板就被充电到高电势,这个方法可以用来使莱顿瓶充电,这种操作可以不断地重复。这一发明是非常精巧的,以后发展成为一系列静电起电机。伏打设计了一种静电计,它能够以可重复的方式测量电势差,这就是各种绝对电计的鼻祖。

由于起电盘的发明,1774年伏打担任了科莫皇家学校的物理教授,1779年任帕维亚大学物理学教授。他的名声开始扩展到意大利以外,苏黎世物理学会选举他为会员。

伏打的兴趣并不只限于电学。他通过观察马焦雷湖附近沼泽地冒出的气泡,发现了沼气。他把对化学和电学的兴趣结合起来,制成了一种称为气体燃化的仪器,可以用电火花点燃一个封闭容器内的气体。

伏打在32岁时去瑞士游历,见到了伏尔泰和一些瑞士物理学家。回来后他被任命为帕维亚大学物理学教授,这是伦巴第地区最著名的大学。他担任这个教授职务一直到退休,正是在那里他做出了他的划时代的发现。

1792年他被选为法国科学院的通讯院士,不久又被选为伦敦皇家学会的外国会员。

1780年,意大利科学家伽伐尼(Luigi?Galvani,1737—1798)在一次解剖青蛙时有一个偶然的发现。他将解剖完了的青蛙放在解剖桌上后,一名助手无意中将解剖刀碰到了一只蛙腿的神经上,顿时四只蛙腿激烈地抽动。伽伐尼感到奇怪,又重复了这一实验,发现了同样的现象。他将蛙用铜丝挂在铁格窗上,想看看雷雨时蛙腿的反应,结果发现雷电发作时,蛙腿抽动。这表明蛙腿抽动是因为电击所致。但他进一步发现,没有雷电时,蛙腿也抽动,无论晴天雨天。他又在封闭的屋子里做实验,发现用相同的金属不能使蛙腿抽动,而不同的金属则抽动,只是程度有所不同。金属与蛙腿接触肯定有放电过程发生,但电来自何处呢?伽伐尼是一位解剖学家,他可能更相信来自有机体内部,因此,他提出,动物体内部存在着“动物电”,这种电只有用一种以上的金属与之接触时才能激发出来。他认为,这种电与摩擦电完全一样,只是起因不同。今天我们知道,伽伐尼的看法是错误的。然而,正是他的工作极大地促进了人们对该问题的深入研究。

伽伐尼的发现轰动一时,引起了伏打的注意。他也重复了该实验,但他对伽伐尼的解释不太满意。1792年,他从实验上证明了,伽伐尼电本质上是因为两种金属与湿的动物体相连造成的,蛙腿只起验电器的作用。1794年,他决定只用金属而不用肌肉组织进行试验,立即发现电流的产生与生物组织无关。这样一来,在伽伐尼与伏打之间便发生了一场争论。双方都有支持者,但实验证据对伏打越来越有利。伏打用各种金属做实验,结果得出了著名的伏打序列:锌、锡、铅、铜、银、金。。。。。。他发现,只要将这个序列里前面的金属与后面的金属相接触,前者就带正电,后者带负电;在序列中的距离越远,带电越多。1800年,伏打制成了著名的伏打电堆。他在3月20日致皇家学会会长的信中说,在进行接触电实验的过程中,他制造了一种新装置,这种装置可以自发地生电。“30,40,60或更多的铜片,最好是用一些银片,每片都与一块锡片,更好是用一些锌片,还有等数目的水层,或比纯水更能传导的其他某种液体如盐水或碱水等等,或用浸透这种液体的卡片或革片相接触。当这种水层夹在每副由两种不同金属的耦合之间时(三种导体的交替必须按照同样次序),我的仪器就造成了”。以后,伏打又将他的电堆做了进一步的改进,使其更便于使用。伏打电堆的出现,使人们第一次有可能获得稳定而持续的电流,从而为研究电现象打下了基础。同时,它也推动了电化学的发展。电流的出现标志着—个电气时代的来临,伏打电堆在科学史上具有十分重要的地位。

1801年他去巴黎,拿破仑授予伏打一枚特制金质奖章和一份养老金,于是伏打成为拿破仑的被保护人,正如二十年前,他曾经是奥地利皇帝约瑟夫二世的被保护人一样。

1804年他要求辞去帕维亚大学教授而退休时,拿破仑拒绝了他的要求,赐予他更多的名誉和金钱,并授予他伯爵称号。拿破仑倒台后,伏打使自己与归国的奥地利人和睦相处,没有发生多少麻烦,因此他安然地度过了那个激烈变化的历史时期。无论是谁当权,他都受到了尊敬,同时他对政治毫不关心,只专心于他的研究。

伏打在完成了电堆工作后,实际上就从舞台上消失了,对他的发现的利用完全落在其他人身上。他可能是年纪太大了,无法再与年轻的新生力量竞争,也可能在心理上受到了他以前的巨大成就的阻碍。他没有脱离过学校,他的工作可能太个人化了,他的著作与教学中缺乏正规的数学,可能限制了他表达自己思想的能力。

伏打最后的八年是在他的坎纳戈别墅和科莫附近度过的,他完全过着一种隐居的生活。1827年3月5日,伏打去世,终年82岁。为了纪念他,人们将电动势单位取名伏特(Volt)。