伏打電堆

公元1786年，意大利物理學家、醫生伽伐尼在實驗室解剖青蛙，把剝了皮的蛙腿，用刀尖碰蛙腿上外露的神經時，蛙腿劇烈地痙攣，同時出現電火花。經過反覆實驗，他認為痙攣起因於動物體上本來就存在的電，他還把這種電叫做“動物電”。五年後，他把自己長期從事蛙腿痙攣的研究成果發表。這個新奇發現，引起科學界大為震驚。公元1799年，意大利物理學亞歷山德羅·朱塞佩·安東尼奧·安納塔西歐·伏打在過了四十五歲生日後，受伽伐尼的影響，決定沿着“動物電”的路子研究下去。

伏打把一個金屬鋅環放在一個銅環上，再用一塊浸透鹽水的紙或呢絨環壓上，再放上鋅環，銅環，如此重複下去，10個、20個、30個疊成了一個柱狀，便產生了明顯的電流。這就是後人所稱的伏打電堆或伏打電池（因音譯不同，也稱為伏特電堆或伏特電池）。這柱疊得越高，電流就越強。這是為什麼呢？原來伏打經過實驗創立了一個了不起的電位差理論。就是説不同金屬接觸，表面就會出現異性電荷，也就是説有電壓。他還找到了這樣一個序例：.鋁、鋅、錫、鎘、銻、鉍、汞、鐵、銅、銀、金、鉑、鈀。在這個序列中任何一種金屬與後面的金屬相接觸時，總是前面帶上正電，後面帶負電。這是世界上第一個電氣元素表。只要有了電位差、電勢差，即電壓，就會有電流。如此，人們對電的認識一下於就躍出了靜電的領域，就不再是摩擦毛皮上的電，雷雨中的電，萊頓瓶裏的電，也不只是動物身上的電，而是能控制流動的電。科學家阿拉果在1831年寫的某篇文章中這樣稱讚伏打電堆：“這種由不同金屬中間用一些液體隔開而構成的電堆，就它所產的奇異效果而言，乃是人類發明的的最神奇的儀器。”

1800年3月20日，伏打正式對外宣佈：電荷就像水，在電線中流動，會由電壓高的地方向電壓低的地方流動，產生電流，即為電勢差。為此，他寫成一篇論文《論不同金屬材料接觸所激發的電》，寄給英國皇家學會，不幸受到當時皇家學會負責論文工作的一位秘書尼克爾遜有意的擱置，後來伏打以自己名義發表，終於使尼克爾遜的竊取行為遭受學術界的唾棄。

當年11月20日，法國皇帝拿破崙在巴黎召見伏打，當面觀看電堆實驗。激動的拿破崙當場命令法國學者成立專門的委員會，進行大規模的相關實驗，並頒發6000法郎的獎金和勳章給伏打，發行了以伏打像為主體的紀念金幣。 ^[1] 

伏打電堆的發明，引起了科學界的電池研發之路。伏打電堆堪稱人類的第一種電池。公元1836年，英國科學家丹尼爾對“伏打電堆”進行改良：使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，製造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅銅電池。這種電池使用一段時間後，電壓下降電池電壓回升。因為這種電池能充電，可以反覆使用，所以稱它為“蓄電池”。公元1887年，英國人赫勒森發明了最早的乾電池，其電解液為糊狀，不會溢漏，便於攜帶，因此獲得了廣泛應用。公元1890年，發明大王愛迪生髮明瞭可充電的鐵鎳乾電池，把電池的發明推向一個新階段。隨着科學技術的發展，乾電池已經發展成為一個大的家族，到目前為止已經約有100多種，比如鋅-錳乾電池、鹼性鋅-錳乾電池、鎂-錳乾電池、鋅-空氣電池、鋅-氧化汞電池、鋅-氧化銀電池、鋰-錳電池等。這些乾電池，其實就是改良版的伏打電堆：用氯化銨的糊狀物代替了當初的鹽水，用石墨棒代替了當初的銅板作為正極，而外殼仍然用鋅皮作為電池的負極。

伏打電堆提供了產生恆定電流的電源——化學電源，它的強度的數量級比從靜電起電機能得到的電流大得多。人們從伏打電堆中獲得穩定的持續的電流，是電學從對靜電的研究進入到對動電的研究。公元1820年丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應，這又引發了公元1831年英國物理學家法拉第發現了電磁感應現象併發明發電機，使電磁學發展走上了突飛猛進的道路；發電機的出現標誌着電氣文明的開始，並導致第二次產業革命，改變人類社會的結構。從這方面講，伏打電堆把電學引進了一個新時代。 ^[2] 

意大利物理學家。出生於科莫一個貴族家庭。從小就學於教會學校。1774～1779年任科莫大學預科物理學教授。1779～1815年任巴維亞大學實驗物理學教授。1815年起任帕多瓦大學哲學系主任。1791年選為英國皇家學會會員。1802年獲英國皇家學會的科普利獎章。1803年當選為法國科學院院士。伏打從1765年起從事靜電實驗研究。1775年他發明了起電盤(即起電機)。1778年建立了導體電容C、電荷Q及電的張力(即相當於電勢差的概念)之間關係式Q=C·T。1787年發明了麥秸靜電計。1792年研究了通過神經放電引起青蛙腿痙攣的現象，以及相關效應。還用電容式驗電器做了進一步實驗：在兩種金屬連接的棒中，電容器雖有微弱的電，但不能使靜電計的麥秸分開;當移開電容器的一塊金屬板時，電張力增大，使靜電計麥秸分開。1793年伏打從以上大量實驗中得出：最本質的原因是不同金屬的接觸。從而否定了伽伐尼的“動物電”説法。提出電的接觸學説。1799年伏打對各種金屬做了大量的研究，最後選中了銅和鋅兩種。他將若干對圓形的銅板與鋅板接觸，然後用浸過鹽水或稀酸的紙隔開，堆成柱狀。發明了“伏打電堆”，還發明瞭一種由許多玻璃杯組成的“杯冕”：即將一些盛有鹽水或稀酸的玻璃杯，通過半浸入液體的雙金屬弧彼此連接起來而構成“杯冕”。他的“伏打電堆”及“伏打電池”的發明，對以後的電學研究和發展起了推動作用。

伏打還發明瞭供研究氣體燃燒時容積變化用的氣體燃化計，這是他18世紀的重要發明之一。為了紀念伏打的貢獻，國際標準化組織把電動勢、電勢差的單位定為“伏特”，簡稱“伏”。定義如下：通過1安培恆定電流的導線內，兩點之間所消耗的電功率為1瓦特時，這兩點之間的電勢差為1伏特。