摩擦产生的静电和莱顿罐中储存的静电瞬间消失,不能形成连续电流。当像富兰克林和利伯曼这样的科学家冒着生命危险研究静电时,其他科学家也参与了对连续电流的研究。

显然,连续电流的效果是静电无法比拟的。事实上,我们今天使用的大部分电力是可以通过电线流动的连续电流。只有在连续电流的发现之后,人类对电的使用才突飞猛进。

持续电流的发现与动物电的发现密切相关。动物电学研究的起点实际上是科学实验中的一条青蛙腿。

加尔瓦尼:第一次提到“动物电”

公元1786年秋天的一天,加尔瓦尼教授正在意大利博洛尼亚大学的实验室里做解剖青蛙的实验。一只解剖的青蛙挂在铁架子上。他手里拿着不同材料的金属器具。当仪器不小心碰到青蛙的大腿时,他腿上的肌肉抽动了一下。

青蛙的腿在实验中抽动(来自网络)

“这是怎么回事?青蛙不是完全死了吗?”一丝不苟的加尔瓦尼没有放过这个偶然的发现,并在他的脑海中产生了这个想法。作为国内著名的医学科学家,加尔瓦尼于1859年开始了他的医学生涯,并在博洛尼亚大学举办了一场医学讲座。公元1766年,当他成为大学解剖陈列室的教学老师时,他对学习解剖学更感兴趣了。为了弄清动物身体的结构,他经常在实验室里解剖小动物。

在长期的动物解剖实验中,加尔瓦尼对电学产生了浓厚的兴趣。为了便于研究,他在大学里建了一个设备齐全的实验室:不仅有许多标本和解剖工具,还有电机和莱顿瓶等电气设备。加尔瓦尼知道静电会导致活体肌肉痉挛,他经常用电击来研究生物反应。

为了证明青蛙腿是否真的带电,加尔瓦尼做了另一个实验:他找到一根铁筷子,把青蛙腿连接到铁架上。青蛙腿上的肌肉也有强烈的抽搐,就像他过去用莱顿罐子或电器给青蛙腿通电一样。

“显然,青蛙的腿只有在受到电刺激时才会抽搐。那么,电从何而来呢?”加尔瓦尼不禁喃喃自语,“看来要找到电的来源,我们必须继续做实验。”

加尔瓦尼肖像(网络图)

因此,他选择了不同的时间和不同的条件进行重复测试。他发现,无论是晴天还是雨天,在屋外还是封闭的房间里,重复这个实验,青蛙的腿都会收缩。

“动物电!动物电!”加尔瓦尼兴奋地大叫。经验丰富的他认为,电不是来自外部,而是来自动物本身。两种不同金属之间的接触激发了电流。

几年后,加尔瓦尼写了一篇题为《肌肉中的电》的论文,并在媒体上发表。本文首次提出“动物电”的概念。“动物电”的想法不仅震惊了科学界,也赢得了许多科学家的支持。因为人们很早就知道,像电鳗和海中的电鲶鱼这样的鱼体内存在放电现象。有一段时间,青蛙腿几乎成了实验室里必不可少的物品。

然而,一些科学家不同意加尔瓦尼的观点。意大利伏打就是其中之一。

可以放电的电鳗(网络图)

沃尔特:一个创新的实验

沃尔特当时是帕维亚大学的教授。他很聪明,从小就渴望学习。他年轻时迷上了电。当他28岁时,他发明了电子磁盘,并被聘为教授,成为欧洲著名的电力专家。事实上,伏打是第一个同意加尔瓦尼观点的人,他认为“动物电”理论“足以被称为物理和化学史上划时代的伟大发现之一”。作为一个学术态度严谨的电学专家,在仔细阅读了加尔瓦尼的论文后,他觉得“动物电学”的理论应该通过实验来进一步验证。通过许多实验,沃尔特开始怀疑加尔瓦尼的观点。

“看来要完成电偶动物实验,必须使用两种不同的金属。如果使用两种相同的金属,青蛙腿不会收缩。”沃尔特得出了这个结论。因为他早就发现电来自不同金属和潮湿物体之间的接触,青蛙腿只在检查金属是否带电时起作用(即电子探测器)。

沃尔特肖像(网络图)

因此,沃尔塔决定设计主题为“哪些金属能让死去的青蛙腿收缩”的实验。日复一日,经过七年的艰苦研究,他终于有了新的发现。这个发现是基于一个非常简单的实验。他首先准备了一个中间有铁棒的铁架,然后把一个铜环穿过铁棒放到铁架的底部,然后放上一个金属锌环,上面放上一张浸过盐水的纸。然后放上铜环、锌环和纸。所以重复,折叠成一列。这时,铁棒两端都会产生流动的电流。伏打进一步的研究发现,柱子堆叠得越高,流动的电流越强。这个柱子后来被科学家们称为伏打电池。

"似乎没有多少金属可以收缩死青蛙的腿."沃尔特似乎从这个实验中看到了曙光。因此,他用其他金属环代替了铜环和锌环,得出了两个重要的电学理论:第一,当不同的金属被替换时,铁棒会有相反的电荷,即电压;第二个是是否所有的金属接触都会产生电压,如铝、锌、锡、镉、锑、铋...在金属序列中,当前者金属接触后者时,前者带正电,后者带负电。这是世界上第一张电子元件表。

伏打堆对象和示意图(来自网络)

1800年3月20日,55岁的沃尔特写了一篇题为“不同金属材料接触激发的电”的论文报纸上说电荷,像水一样,可以在一条线上流动,并从高电压流向低电压。这篇论文在英国皇家学会出版后不久就引起了轰动。人们用伏打的实验来表演节目或魔术,法国国王拿破仑也要求伏打在公共场所进行电堆实验。彼得罗夫是俄罗斯科学院的一名成员,他将金属环一路堆叠到4200个,创造了当时世界上最大的伏打堆。为此,他还写了一本书,书名也是当时最长的,名为《关于物理学家彼得罗夫在圣彼得堡外科医学院的帮助下有时由4200个铜环和锌环组成的巨大电池制成的电化实验新闻》。

电池的起源(视频)

伏打堆的出现意味着人们对电的理解已经跳出了静电领域:除了摩擦毛皮产生的电、莱顿瓶产生的电、雷暴产生的电、动物产生的电,还有一种可控的连续电流。从那以后,电进入了电磁效应迅速发展的时期。

科学家通常把电的发展分为三个阶段,即静电、连续电流和电磁。然而,从静电到连续电流的变化是科学家加尔瓦尼和沃尔特从青蛙腿开始的一项科学研究。为此,伏打曾真诚地称伏打为电堆;后来,为了纪念伏打,他的名字“V”被用作电压的单位。

沃尔特(左)向拿破仑国王展示沃尔特堆栈(网络图)

当加尔瓦尼和沃尔特沉醉于电动力学研究时,一位科学家正在充分研究静电力的大小。伏打堆发明后,他将这种力的研究扩展到电磁学。如果你想知道这个人是谁,他有什么精彩的故事,请从数量上看下一集《给电的人》。

[评论]

注1:加尔瓦尼(1737年9月9日-1798年12月4日),意大利医生和生物学家,从小接受正规教育,1756年进入博洛尼亚大学学习医学和哲学。因发现动物电而闻名。

注2:亚历山德罗·沃尔特(1745年2月18日-1827年3月5日),又名“沃尔特”,意大利物理学家,因发明沃尔特电桩而闻名。他后来被计算在内。