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伏特發(fā)明電池的故事

伏特出生于意大利科莫一個(gè)富有的天主教家庭里。他對(duì)科學(xué)的愛(ài)好似乎是自然而然發(fā)生的。十九歲時(shí)他寫(xiě)作了一首關(guān)于化學(xué)發(fā)現(xiàn)的六韻步的拉丁文小詩(shī)。伏特在青年時(shí)期就開(kāi)始了電學(xué)實(shí)驗(yàn),他讀了許多書(shū),他的好友加托尼送給他一些儀器,并在家里讓出了一間房子來(lái)支持他的研究。

伏特十六歲時(shí)開(kāi)始與一些著名的電學(xué)家通信,其中有巴黎的諾萊和都靈的貝卡里亞。貝卡里亞是一位很有成就的國(guó)際知名的電學(xué)家,他勸告伏特少提出理論,多做實(shí)驗(yàn)。事實(shí)上,伏特年青時(shí)期的理論思想遠(yuǎn)不如他的實(shí)驗(yàn)重要。隨著歲月的流逝,伏特對(duì)靜電的了解至少可以和當(dāng)時(shí)最好的電學(xué)家媲美。不久他就開(kāi)始應(yīng)用他的理論制造各種有獨(dú)創(chuàng)性的儀器,用現(xiàn)代的話來(lái)講,要點(diǎn)在于他對(duì)電量、電量或張力(如他自己所命名的)、電容以及關(guān)系式Q=CV都有了明確的了解。

伏特制造的儀器的一個(gè)杰出例子是起電盤。一塊導(dǎo)電板放在一個(gè)由摩擦起電的充電樹(shù)脂"餅"上端,然后用一個(gè)絕緣柄與金屬板接觸,使它接地,再把它舉起來(lái),于是金屬板就被充電到高電勢(shì),這個(gè)方法可以用來(lái)使萊頓瓶充電。這種操作可以不斷地重復(fù)。這一發(fā)明是非常精巧的,以后發(fā)展成為一系列靜電起電機(jī)。

伏特強(qiáng)烈地感到,他必須定量地測(cè)定電量,于是他設(shè)計(jì)了一種靜電計(jì),這就是各種絕對(duì)電計(jì)的鼻祖,它能夠以可重復(fù)的方式測(cè)量電勢(shì)差。他還為他的靜電計(jì)建立了一種刻度,根據(jù)電盤的發(fā)明,根據(jù)他的描述,我們可以確定他的單位是今天的13,350伏。

1775年由于起電盤的發(fā)明,使伏特?fù)?dān)任了科莫一些學(xué)校的物理教授。他的名聲開(kāi)始擴(kuò)展到意大利以外,蘇黎世物理學(xué)會(huì)選舉他為會(huì)員。伏特的興趣并不只限于電學(xué)。他通過(guò)觀察馬焦雷湖附近沼澤地冒出的氣泡,發(fā)現(xiàn)了沼氣。他把對(duì)化學(xué)和電學(xué)的興趣結(jié)合起來(lái),制成了一種稱為氣體燃化的儀器,可以用電火花點(diǎn)燃一個(gè)封閉容器內(nèi)的氣體。他在三十二歲時(shí)去瑞士游歷,見(jiàn)到了伏爾泰和一些瑞士物理學(xué)家?;貋?lái)后他被任命為帕維亞大學(xué)物理學(xué)教授,這是倫巴第地區(qū)最著名的大學(xué)。他擔(dān)任這個(gè)教授職務(wù)一直到退休,正是在那里他作出了他的劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。

伏特于1792年去國(guó)外作另一次長(zhǎng)途游歷,到了德國(guó)、荷蘭、法國(guó)和英國(guó)。他訪問(wèn)了一些最著名的同行,例如拉普拉斯和拉瓦錫(1743-1794),有時(shí)還和他們共同做實(shí)驗(yàn)。他當(dāng)時(shí)還被選為法國(guó)科學(xué)院的通迅院士,不久又被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)的外國(guó)會(huì)員。

伏特在四十五歲生日后不久,讀到了伽伐尼1791年的文章,這促使他去作出了最大的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)。他開(kāi)始還有些猶豫,但不久他就開(kāi)始了工作,用伏特的話說(shuō),他實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容"超出了當(dāng)時(shí)已知的一切電學(xué)知識(shí),因而它們看來(lái)是驚人的"。起初他同意伽伐尼用蛙做萊頓瓶的觀點(diǎn),但幾個(gè)月后,他開(kāi)始懷疑蛙主要是一種探測(cè)器,而電源則在動(dòng)物之外,他還注意到,如果兩種相互接觸的不同金屬放在舌上,就會(huì)引起一種特殊的感覺(jué),有的是酸性的,有時(shí)是堿性的。他假定,并且也能令我們驚嘆的靜電測(cè)量證明,兩種不同的金屬例如銅和鋅接觸時(shí)會(huì)得到不同的電勢(shì)。他測(cè)量了這種電勢(shì)差,得到的結(jié)果與我們現(xiàn)在所知的它們之間的接觸電勢(shì)差沒(méi)有多大差別。至少當(dāng)連接肌肉和神經(jīng)的金屬電弧是雙金屬時(shí),只要假定蛙是一種非常靈敏的靜電計(jì),伽伐尼實(shí)驗(yàn)就到了解釋。當(dāng)然,伽伐尼回答說(shuō),甚至當(dāng)金屬電弧是單金屬的時(shí),他也能夠觀察到肌肉的收縮。這是一種嚴(yán)峻的反對(duì)意見(jiàn),伏特對(duì)這些指出了金屬的不純和其他原因來(lái)為自己辨解。

伏特對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了更深入的研究,使他發(fā)明了伏特電堆,這是歷史上的神奇發(fā)明之一。伏特發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電體可以分為兩大類。第一類是金屬,它們接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差;第二類是液體(在現(xiàn)代語(yǔ)言中稱為電解質(zhì)),它們與浸在里面的金屬之間沒(méi)有很大的電差。而且第二類導(dǎo)體互相接觸時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生明顯的電勢(shì)差,第一類導(dǎo)體可依次排列起來(lái),使其中第一種相對(duì)于后面的一種是正的,例如鋅對(duì)銅是正的,在一個(gè)金屬鏈中,一種金屬和最后一種金屬之間的電勢(shì)差是一樣的,仿佛其中不存在任何中間接觸,而第一種金屬和最后一種金屬直接接觸似的。

伏特最后得到了一種思想,他把一些第一種導(dǎo)體和第二種導(dǎo)體連接得使每一個(gè)接觸點(diǎn)上產(chǎn)生的電勢(shì)差可以相加。他把這種裝置稱為"電堆",因?yàn)樗怯山谒崛芤褐械匿\板、銅板和布片重復(fù)許多層而構(gòu)成的。他在一封寫(xiě)給皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)班克斯(1743-1820)的著名信件中介紹了他的發(fā)明,用的標(biāo)題是《論不同導(dǎo)電物質(zhì)接觸產(chǎn)生的電》。電堆能產(chǎn)生連續(xù)的電流,它的強(qiáng)度的數(shù)量級(jí)比從靜電起電機(jī)能得到的電流大,由此開(kāi)始了一場(chǎng)真正的科學(xué)革命。

伏特最偉大的成就是在他達(dá)到相當(dāng)高齡(五十五歲)時(shí)得到的,它立即引起所有物理學(xué)家的歡呼。

1801年他去巴黎,在法國(guó)科學(xué)院表演了他的實(shí)驗(yàn),當(dāng)時(shí)拿破侖也在場(chǎng),他立即下令授予伏特一枚特制金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)潞鸵环蒺B(yǎng)老金,于是伏特成為拿破侖的被保護(hù)人,正如二十年前,他曾經(jīng)是奧地利皇帝約瑟夫二世的被保護(hù)人一樣。1804年他要求辭去帕維亞大學(xué)教授而退休時(shí),拿破侖拒絕了他的要求,賜予他更多的名譽(yù)和金錢,并授予他伯爵稱號(hào)。他對(duì)政治毫不關(guān)心,只專心于他的研究。

伏特在完成了電堆工作后,實(shí)際上就從舞臺(tái)上消失了。對(duì)他的發(fā)現(xiàn)的利用完全落在其他人身上。他可能是年紀(jì)太大了,無(wú)法再與年青的新生力量競(jìng)爭(zhēng),也可能在心理上受到了他以前的巨大成就的阻礙。他沒(méi)有脫離過(guò)學(xué)校,他的工作可能太個(gè)人化了,他的著作與教學(xué)中缺乏正規(guī)的數(shù)學(xué),可能限制了他表達(dá)自己思想的能力。伏特最后八年是在他的坎納戈別墅和科莫附近度過(guò)的,他完全過(guò)一種隱居的生活。1827年伏特去世,終年八十二歲。

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