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物理故事,电压的发现

电压的发现也是一个意外。在1786年的一天,意大利解剖学教授伽伐尼正在实验室解剖青蛙,妻子当他的助手,在一旁侍候。只见他手中的解剖刀一刀下去切开青蛙的腰部,再一刀下去剥出腰部的神经,他又顺手抄过一把精巧的黄铜小钩,一钩穿了过去,随手递给妻子,吩咐将它挂起来。妻子顺手将这死青蛙挂在实验桌上的一根横铁棍上。当伽伐尼将第二只青蛙剥开皮正准备再下刀时,突然妻子惊叫一声:“天啊!青蛙又活了。”她顾不得满手的血污,一把抓住伽伐尼的手臂,叫他快看这个“显灵”的青蛙。只见那只靠近铜钩的蛙腿正在一张一弛,抽搐不停。

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抽动的青蛙腿

伽伐尼朝这只青蛙凝视片刻,自语道:“我这半生也不知杀过多少青蛙,从来还没有见过这么耐活的小精灵,再剥一个试试。”伽伐尼又吩咐妻子再取几只青蛙来,手起刀落,游刃如电,一刹时便有五只青蛙也倒挂在横铁棍上,只见这五只青蛙又都伸开它们的右腿,整齐地一紧一松在抽搐,又像是在向教授夫妇做着友好的招手,这回妻子可真有点怕了。她返身抱住伽伐尼,瞪着大眼说道:“亲爱的,怕是我们荼毒生灵太多,上帝在发出警告吧。”伽伐尼却手握刀柄靠着实验台陷入一阵沉思。一会儿他慢慢地说:“上帝如果给宇宙以灵魂,这灵魂是什么呢?是电。”他像突然来了灵感,一把抓住妻子大声说:“这话是德国哲学家谢林说的,电是宇宙的活力,宇宙的灵魂,无处不有。摩擦时就能发现琥珀、丝绸上的电,富兰克林发现了空中的电,我们又发现了青蛙身上的电。”他将解剖刀往桌上一摔,高喊着:“我们又发现了一种电——动物电。”

1793年的一天伽伐尼来到英国皇家学会表演他的新发现。因为这是继富兰克林之后,人们在电知识方面听到的又一个爆炸性新闻,所以这天皇家学会的报告厅里人们都纷纷前来,观看这场奇怪的魔术。只见伽伐尼在台上布置好一个实验桌,还和那天一样打横放一根细铁棍,上面挂上一排铜钩,将青蛙解剖后一个个往上挂,那蛙腿也就尽如人意,轻轻动弹起来,直看得在座的这些名教授、学者一个个目瞪口呆。实验完了,伽伐尼又讲了一番凡动物身上都带电的道理。

不想说者无心听者有意,在台前听讲看表演的有一个中年人,虽目不转睛地看伽伐尼操作,却不肯跟着人们说一句好。这人是谁呢?他也是意大利人,叫伏打(1745~1827)。伏打从小聪慧好学,尤其爱钻研刚刚起步的电学,24岁时就发表了一篇关于莱顿瓶的论文,引起人们的注意,到1777年发明了电盘,一下又闻名世界,并成为教授。他已经是个电学行家了,今天搞医学解剖的伽伐尼竟在这皇家学会讲起电学发现来,他哪能服气。他想,谁知那些青蛙是真死假死,有电无电,等我回家去亲自试验一下再说不迟。

数月后,伏打也向皇家学会送来一个报告,说关于什么动物电,纯是胡编乱造,并说他已经解开这个谜,也要求表演。几天后他真的又在上次伽伐尼表演的地方摆起了擂台。这天自然又是人头攒动,水泄不通。伏打照样端来一盘活蹦乱跳的青蛙,也一一杀死剥好,横挑竖挂起来。他做完这些后说:“诸位请到近处一看,哪条蛙腿还会动弹一下?”这时人们真地围了上去,有的还带上夹鼻眼镜,果然一排青蛙就像泥捏纸剪似的,纹丝不动了,一个个不禁瞠目结舌。这时伏打才放下刀子,陈述他的道理:

“上次伽伐尼教授说死蛙腿会动是青蛙身上有动物电,其实那是一种错觉。这几日,我仔细研究了一下,伽伐尼教授实验时,是用铜钩钩起青蛙,再挂在铁棍上,实际上只要是不相同的金属接触就会产生微弱的电流。蛙腿的动便是这种电流刺激的结果,而不是它自身带电。你们大概还没有注意今天我在这里用的是铁钩、铁棍,而同一种金属就不会产生电,蛙腿自然也就不会动了。可见伽伐尼教授的动物电一说不能成立。”这时人群里挤出一个人来,大声说:“伏打先生,你有什么根据肯定动物电不存在呢?”

伏打抬头一看,不觉吓了一惊,问话的正是伽伐尼本人。这个老头子今天怎么也从意大利赶来了呢?他忙陪个笑脸回答道:“要找根据吗?我刚才的实验就是根据,你看蛙腿不是已经全不动了吗?”

“你刚才的表演是真是假,我回头再去检查,现在我先请你看一样东西。”

伽伐尼说完向后一挥手,立即,他的两个助手从人堆中挤出,抬过一个大木桶来。只听里面噼啪作响,像有什么东西在动。伽伐尼将盖子打开,说声:“伏打先生请看。”原来是一条1米长的大鱼。伏打看这阵势一下摸不着头脑,说:“伽伐尼先生,你是不是要让我解剖这条鱼?”

“大可不必,一解剖你又会扯到什么铜钩、铁棍上去。我现在只要你伸手摸一下这条活鱼,我们的实验即可见分晓,不知你敢不敢。”“这有什么不敢!”伏打想,这一生就是吃鱼也不知吃了多少,难道还怕摸吗?便卷起袖子伸手向那鱼尾抓去。说时迟那时快,伏打的手也还没弄清是否碰到鱼尾巴,就听他“哎呀”一声,连忙缩了回来,又觉全身麻酥酥的,这位电学教授知道自己是触了电。

电鳗切面图

伽伐尼忙上前一步将他扶住说:“伏打先生,你今天应该相信确实是有动物电了吧。幸亏我今天带来的鱼小,要是我带一条几米长的大鱼来,你今天真要没命了。”说着他又转向那些吃惊的人群说:“自从上次表演之后,我又做了几次实验,证明动物自身是带电的,我带来的这条鱼叫电鳗,在它的头部两侧的皮肤里就各藏着一个由纤维组织组成,并由神经纤维相连接的蜂窝状发电器。它就是靠放电击倒强敌、捕捉食物的……”

再说伏打这时才从这突然一击中清醒过来,他听着伽伐尼的讲演,看着那些专家、教授。一般听众一窝蜂似地拥到伽伐尼的周围,今天这场表演倒像是专门为伽伐尼组织的。眼见着自己设的擂台成了别人炫耀的场所,心里好不窝火,无奈眼下一时又否定不了伽伐尼的动物电说,他只好快快收兵。

这次伏打摆擂台受辱后回到意大利帕维亚大学,从此闭门不出,发誓要钻出个名堂后重摆擂台。他就这样埋头干了7年。终于又有一项新的发现。他将一个金属锌环放在一个铜环上(银环更好),再用一块浸透盐水的纸或尼绒环压上,再放上锌环,铜环,如此重复下去,10个、20个、30个叠成了一个柱状,便产生了明显的电流。这就是后人所称的伏打电堆或伏打柱。这柱叠得越高,电流就越强。这是为什么呢?原来伏打经过实验创立了一个了不起的电位差理论。就是说不同金属接触,表面就会出现异性电荷,也就是说有电压。他还找到了这样一个序例:(+)铝、锌、锡、镉、锑、铋、汞、铁、铜、银、金、铂、钯(-)。在这个序列中任何一种金属与后面的金属相接触时,总是前面带上正电,后面带负电。这是世界上第一个电气元素表。只要有了电位差、电势差,即电压,就会有电流。这样人们对电的认识一下于就跃出了静电的领域,就不再是摩擦毛皮上的电,雷雨中的电,莱顿瓶里的电,也不只是动物身上的电,而是能控制流动的电。伏打堆也就成了最早的电池、电流发生器。

伏打电堆

伏打的这一发明一经传出去,欧洲的科学杂志上几乎每期都是关于伏打电堆实验的报告,人们竞相试制这新奇的玩艺。俄国科学院有个院士叫彼得罗夫,他想这金属环既然是越叠得多产生的电流就越大,我何不就多多地往上叠呢。他一下就叠加了4200个,创造了当时伏打电堆的世界之最,并且还出版了一本书,那书名大概是世界上最长的,即《关于物理学家彼得罗夫在圣彼得堡外科医学院借助有时由4200个铜环与锌环构成的巨大电池组所作的伽伐尼——伏打实验的消息》。当时伏打电堆热的情况可见一斑。

在这种电学新突破的狂热之中,这次不用伏打自己去设擂台了,巴黎科学院主动邀请他去作一次表演。1801年11月,伏打带着他的仪器来到巴黎,不只是法国的科学家和一般人士,就连伦敦那些当年看过他与伽伐尼斗法的人们也有赶来看热闹的。面对着桌子上瓶瓶罐罐,环环片片,伏打先不做实验,却离开桌子,向前一步,对观众说:“在作实验前,请允许我先向七八年来一直在和我激烈争论的伽伐尼教授致以崇高的敬意。很不幸的是他在三年前就离开了人世,今天不能和我们共享发现的欢乐。虽然我们观点不同,但如若没有他的启发和驳难就不会有我今天的发现。我永远感谢他,我们永远不能忘记他。”

伏打今天表演的发明又有了改进,它已不是一个个金属柱,而是一个个并列的玻璃缸,里面放上稀酸,每个缸都是这边放进铜片,对面放一块锌片,两个缸之间用导线相连,而形成一个整体。它产生的电流比那金属环叠起的伏打柱又大了很多。伏打把这装置接好后说:“我们现在就可看到这样产生的电流,第一,它能将水分解。”说着伏打将电池的两极插入水中,这时竟顺着极板的一边冒出了氢气,另一边冒出了氧气。这时台下的人不由喝起彩来。

伏打接着说:“第二,另一边还能从金属溶液里将金属重新捞出来。”说着,伏打又将电极插入蓝色的铜矾水溶液中,一个电极上便很快出现一层红色的铜,而且那铜极纯,是我们平常很难见到的。伏打就这样津津有味的一项一项地报告着他的新发现,台下的人也早就被他牵走了魂,会场上时而议论纷纷,惊叹不绝,时而又鸦雀无声。

后来,人们在伏打死后,为了纪念他的功绩,而以他的名字“伏”来作为电压的单位。

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