第四节 打开动电大门的伽伐尼和伏特

（伽伐尼的实验）在物理学和化学史上，是足以称得上划时代的伟大发明的。——伏特

您（伏特）为科学事业做出了伟大业绩，我授与您一枚金质奖章。——拿破仑

从吉尔伯特发表《磁石论》到库仑定律的提出，人类经过了漫长的180多年。但是，其间人们通过观察和实验所获得的电学知识还仅仅局限于物体所带的静电荷，这只能是电学的初级阶段，这种情况一直到伽伐尼发现动物电和伏特发明电堆后才得以改变。

伽伐尼（图2-18）是意大利生物学家。1780年11月，他在一个雷雨交加的日子做解剖青蛙实验时，发现金属器械触及蛙的神经时蛙腿会剧烈收缩。当时他认为是青蛙中的生物电在起作用，但重复实验没有成效，他转而怀疑是当时天空中的闪电造成。1786年9月20日，在一个风和日丽的天气里，伽伐尼又进行青蛙解剖实验，他将蛙腿用铜丝绑在一起，当他取走蛙腿时，偶然将铜丝触及窗户的铁栏杆，发现青蛙腿剧烈收缩。这时天空并无闪电，那么使蛙腿收缩的电力是从哪里来的呢。为此他设计进行了多次蛙腿实验（图2-19），证实了青蛙腿的收缩是由于青蛙的动物电所致，后来他还用其他动物进行了类似实验研究。1791年，他发表了论文“论肌肉运动中的电气作用”，文中指出：“在剧烈收缩发生时，有一种很细的神经流体从神经流到了肌肉里去，这就像莱顿瓶中的电流一样。”伽伐尼蛙腿实验实际上标志着“电流”的发现，但其意义在当时尚未被认识。实际上，早在1678年，斯瓦默坦（Swammerdam）就进行过类似蛙腿实验，并发现同样现象，但没有影响。伽伐尼本人也并不知道这一情况，所以人们仍把“电流”的发现权归功于伽伐尼。

图2-18 伽伐尼（L．Galvani，1737—1798）

图2-19 伽伐尼的蛙腿实验

1752年，瑞士哲学家苏尔寿（J．G．Sulzer，1720—1779）将用导线连接的一块银片和一块铅片分别放在舌头的上下面，发现有一种类似硫酸亚铁的特殊味道，但他认为是由于金属质点的振动引起舌神经产生的（实际上他最早发现了伏打电池现象）。

伏特（图2-20）是著名的意大利物理学家。他出身于一个贵族家庭，但后来家道中落。伏特天资聪颖，勤奋好学，后进入意大利科莫皇家大学攻读自然科学。1774年，他担任科莫大学预科的物理学教授，1769年发表有关电引力的学术论文，1791年成为英国皇家学会会员，1803年选为法国科学院外籍院士。

图2-20 伏特（A．Volta，1745—1827）

1775年，伏特发明了一种静电感应起电机——起电盘。起电盘是一个灌满树脂的浅口锡盘或硬橡皮圆盘，摩擦后电盘即带电。将起电盘放在带柄的金属板上，并迅速提起来，则金属板就会由于静电感应而积存电荷。在静电实验中，感应起电机比摩擦起电机使用更加方便。在采用起电盘进行实验研究的过程中，伏特于1779年首先引入了“电容量”这个概念。后来，伏特还研究过采用平行平板的蓄电装置，为了与起电盘相区别，他将它取名为“电容器”。

1782年，伏特发明了一种灵敏的验电器——毛细管电位计。漏斗形的玻璃容器中盛满水银，将起毛细管作用的漏斗细管插入盛稀硫酸的杯中，然后从水银和盛稀硫酸的杯的下部引出导线。当导线上有不同电位差时，毛细管中的水银面就显示出不同的位置。这个装置十分灵敏，能测出百分之几毫伏的电位差。

1793年，伏特在英国皇家学会大厅观看了伽伐尼的青蛙实验后，立即重复进行这个实验。他反复实验多次，最后认为青蛙腿的收缩并非由“动物电”造成（这种观点显然不全面），而是因铜、铁带有不同的电荷，两种金属接触产生电流而使蛙腿收缩，即认为是由“金属电”造成的（电学史上，旷日持久的“动物电”与“金属电”之争由此产生）。为研究金属电，伏特将一对对金属搭配起来进行实验（即伏打序列实验），测定起电序列。1794年，得出的序列为：锌—锡—铅—铁—铜—铂—金—银—石墨—木炭，1797年修正为：锌—铅—锡—铁—铜—银—金—石墨。金属起电序列意谓着，两种金属接触时，序列前面的金属必带正电，后面金属必带负电。1799年他发现：“序列中任两种金属间的电位差等于其间所有金属间电位差之和”；“在金属和液体间也会产生电位差，金属为第一类动电体，液体为第二类动电体，当两种第一类动电体与第二类动电体接触，并用导体将两者连接时就产生电流”。根据这一思想，1799年9月，伏特在锌板和铜板间放入盐水，发明了原始的电池。1800年，他改用稀硫酸，在锌板和铜板间放入浸有稀硫酸的绒布片，构成一个单元电池。为提高电压，他将多个单元电池重叠起来制成了电堆（图2-21）。1800年3月20日，伏特宣布了他的发明，为尊重伽伐尼的发现，伏特将它取名为伽伐尼电池。但伽伐尼竭力推让，认为应以伏特命名，因此后人称这个电堆为伏打电堆。为了表示电池作用的大小，伏特还提出了“电动势”的概念。图2-22为伏特给皇家学会主席的信中绘制的4种电堆结构。伏打电堆的发明使伏特的名声达到登峰造极的地步。1801年，伏特被拿破仑宣召到法国，奉命进行表演，获得许多奖章和勋章，还被封为伯爵。

图2-21 伏打电堆

图2-22 伏打电堆的几种形式

伽伐尼是人类历史上第一个发现并研究动电（电流）的人，他使人类对电的认识产生了一个飞跃，从静电领域扩展至动电领域。伽伐尼的实验和发现还极大地激发了人们对动电研究的热情，正如伏特所说，伽伐尼的实验“在物理学和化学史上，是足以称得上划时代的伟大发明的”。

伏特在人类历史上第一次提供了一种可以控制的产生动电（电流）的电源装置，它是电学由静电发展到动电的转机，为电解、电弧、电流研究等准备了条件，开创了电流的应用领域，并对现代电磁学的建立和电工技术的发展起到了重要作用。

［附记：1936年，考古学家在发掘伊拉克首都巴格达城近郊一座安息王朝（公元前250—公元225）古代陵墓时，发现一个盛满沥青的陶罐、一些铜管、铁棒。考古学家经化学鉴定、研究后宣称：那是一只古代电池，并命名为“Baghdad Battery”（巴格达电池），现藏于巴格达博物馆。但是，迄今为止，巴格达电池尚未得到考古界公认。因此，它仍是一个科学之谜。］