亚历山德罗·伏打—

电池发明者

■亚历山德罗·伏打

也许远古的人们早就知道电的危险，而且有致命的危险，要不希腊神话中发怒的宙斯怎么会在天空打闪电呢？但直到18世纪中叶，美国人本杰明·富兰克林才将闪电与人们在公元前4世纪就早已知道的琥珀经摩擦产生吸引力这一现象联系起来，对闪电做出了正确的解释。1600年前后，英国王室医生威廉·吉尔伯特试图详细地列出能通过摩擦“生电”的物质，他认真区别电现象和磁现象，研制出了一个地球模型作为球状磁体，并用它来解释指南针的偏转。吉尔伯特把他的研究成果汇集在《磁论》一书中，直到18世纪，这本书一直是当时的一本标准读物。后来，电学研究者研究发现了电的良导体和绝缘体及电的排斥现象，而且电可以分为玻璃电和树脂电，即正电和负电两种。“充电”这个概念是由富兰克林首次提出。荷兰自然科学家彼得·范·米森布鲁克（1692—1761）经过坚持不懈的努力和充满危险的实验，终于实现了电荷的收集，并通过电荷来增大两个带电的物体之间的排斥力和吸引力。米森布鲁克当时在荷兰的莱顿进行电的实验，因此他所用的储电器（即电容器）被称为“莱顿瓶”，莱顿瓶可将电荷储存下来，同时也可使电荷或多或少得到有控制地释放。莱顿瓶实际上是一种最原始的蓄电池，当然它不像今天人们所用的电化学电池，它储存的是摩擦电。为了增加充电量，成排的瓶子被连接在摩擦片上，这种景象很像军队中炮兵的布阵，于是就有Batterie（德语的“电池”，本意为“炮兵连队”）一词。当时最大的电池由上百个瓶子组成，这种大型蓄电池放出来的电可以使金属熔化，使牛毙命。在那个年代，市民沙龙中经常用电击使人神经痉挛，用电来击人或用电火花来点燃汽油是当时人们一睹为快的趣事。

■亚历山德罗·伏打在向拿破仑展示他的“伏打电堆”。油画，朱塞佩·贝尔蒂尼（1825—1898）

神秘的流体

很长一段时间，人们把电误认为是一种含有电体或带电物质的流体，至于电的排斥或吸引现象则被解释为是这种流体的出现或消失，就连伏打和富兰克林也相信过这种观点，这种理论的前提是必须有两种彼此相反的电流体。

亚历山德罗·伏打就是在这样一种情况下加入到电学研究的行列的。青少年时伏打就对电有着浓厚的兴趣，并开始了对电的研究，无论是在自己的家乡科莫做中学老师，还是后来在帕维亚当实验物理教授，伏打都没有放弃对电学的钻研。伏打研究电学的方法与其他业余爱好者不同，他指出：“如果不从数量和质量上了解一种现象，就不可能找出原因。”为了更好地研究电学，他改进和新制了必要的测量仪器。尽管伏打对电的本质的理论认识不可避免地带有那个时代的烙印，拿今天的眼光来看是错误的，他还是成功地区分出了不同的测量要素，并找出了不同测量要素之间的数量关系。例如，他提出了“电压”这个概念，从数量上测定了电容器充电端和未充电端的电压区别，今天我们所用的电压单位“伏特”就源自伏打的这一发明。伏打还进而证明，充电电荷与电压之比总是保持常量，他把这种常量称为电容器的“电容”。

■伏打电堆的作用原理

18世纪90年代，伏打在电学研究方面获得了最大的收获。当时，博洛尼亚大学医学部的路易吉·伽伐尼教授在一篇论文中讲述了他的一个实验发现：串在两根不同金属条之间的蛙腿会发生痉挛现象。伽伐尼认为这种奇怪的现象表示有一种新电（即生物电）的存在。也许是为了学术的竞争，伏打重复了路易吉·伽伐尼在博洛尼亚大学做过的实验，在证实伽伐尼发现的同时，他通过进一步的试验还发现，蛙腿本身与痉挛现象毫无关系，真正的原因在于两个不同的金属条之间有一种电压，当两根不同的金属条以合适的方式连接起来时，电压就导致了电流的产生，从而使蛙腿产生痉挛，蛙腿本身只起到一种测量感应器的作用。伏打不但发现了这一奥秘，而且还设法使电的作用得到加强。他把许多铜片和锌片交叉堆叠起来，用在硫酸中浸泡过的湿纸片将由一块铜片和一块锌片组成的单元分开，当他将“伏打电堆”两端连接起来时，就产生了电流。伏打就这样发明了电化学电池，一种看似取之不尽的电源，有了它就可以研究电流现象。伏打研制的首批电堆的电压可达到100伏左右。

用很薄的玻璃容器做过这个实验的米森布鲁克先生在一封信里报告说：他感到双臂、双肩和胸部突然被击打， 以至于呼吸困难，二天后才从休克和恐惧中苏醒过来。他表示不会为法兰西国王做第二次这样的实验。

——摘自普里斯特利《电的历史》

亚历山德罗·伏打

生平与学术生涯

亚历山德罗·伏打于1745年2月18日出生在意大利科莫市一个虔诚的天主教家庭，伏打的叔伯都担任神职，父亲在建立家庭前也是天主教耶稣会的成员，他的6个兄妹都做了修女或牧师。伏打七岁时父亲就去世了，这之后他由伯父收养，伯父希望他长大后当律师，但他的兴趣却是实验科学，特别是电学。十八岁那年，伏打终于违背伯父的意愿，选择学习实验科学，特别是电学。伏打发明了一种新式起电盘，一种简单的摩擦静电发电器，凭借这一发明以及在1776年发现的甲烷，伏打名声渐起，1775年他被聘为科莫市立中学的物理老师。借助当时控制包括科莫在内的米兰地区的奥地利颁发的一项国外奖学金，伏打后来有机会赴瑞士和法国的阿尔萨斯学习。1778年，他成为帕维亚大学的实验物理学教授，他开设的课程大受学生的欢迎，他讲课的教室经常是人满为患，以至于学校不得不为他新建了一个专用的教室；他也是一位天才实验家，发明了电容器，还亲自主持改进了许多实验场地和实验室设备。18世纪80年代，伏打从事大气电的研究，与德国哥廷根大学的著名物理教授格奥尔格·克里斯托夫·里希登贝格有着密切的书信往来。18世纪90年代，伽伐尼电或动物电是伏打的研究重点，他在研究中发现了金属的不同容量并研制成了伏打堆，即最原始的电池，他的这一发明得到了拿破仑的赏识，并得到了许多荣誉。在1796年至1800年的战乱时期（拿破仑出兵意大利并把意大利从奥地利的统治下“解放”出来），伏打曾担任多种政界职务，但因并非其愿，所以都没当多久。拿破仑封他为伯爵，并让他担任新成立的伦巴第王国的参议员。1827年3月5日，亚历山德罗·伏打在家乡科莫市去世。

相关知识

静电和流电

静电指所有不产生电流的电现象，特别是带电荷的物质或电荷本身产生的排斥和吸引现象。普里斯特利很早就意识到，两个电荷之间存在着类似牛顿引力定律的原理，法国人查理·奥古斯特·库仑（1736—1806）在18世纪80年代证实，同性电荷之间的排斥力和异性电荷之间的吸引力与距离的平方有关。只要有电流介入，人们就称之为流电或电磁（因为活动的电荷常会引起磁现象）。伏打的电化电池发明在某种程度上标志着静电学向电磁学的历史性过渡。

推荐

阅读：

《第五元素——电的作用和意义》， Jörg Meya， Heinz Otto Sibum著，Reinbek 1987

《电的历史图解》， Fritz Fraunberger著，Köln 1985

视听：

《全电屋》，导演：Buster Keaton，Eddie Cline，主演：Buster Keaton，Joe Roberts， Virginia Fox，美国短片1922

《电人》，导演：Manfred Hulverscheidt，电视文献片，德国2002

参观：

丹麦比耶灵布罗电学博物馆

点评

伏打第一次引入了电压这个概念，所以电压的单位（伏特）以他的名字命名，他还研制成功了最早的电池，是他引导电学走出了初级阶段。