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伏打

王朝百科·作者佚名  2009-11-13  
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伏打

伏打(AlessandroVlota 1745~1827年)

意大利物理学家。巴黎科学院国外院士。1745年2月18日生于科摩,1827年3月5日卒于同地。成年后出于好奇,才去研究自然现象。1774年伏打担任科摩大学预科物理教授。同年发明了起电盘,这是靠静电感应原理提供电的装置。伏打还研究了化学,进行各种气体的爆作试验。1774~1779年任科莫大学预科物理学教授,1779年他担任巴佛大学物理教授。1779~1815年任帕维亚大学实验物理学教授,1815年任帕多瓦大学哲学系主任。1782年他成为法国科学学会的成员。1791年英国皇家学会聘请他为国外会员,3年后又因创立伽伐尼电的接触学说被授予科普利奖章。1801年拿破仑一世召他到巴黎表演电堆实验并授予他金质奖章和伯爵称号。

伏打发明电堆时已经50多岁了,他绝没有想到持续电流对以后的影响会有那么大,他也没有再作进一步的研究,一直在巴佛大学任教。1819年伏打退休回到故乡,于1827年3月5日逝世。

伏打的主要成就是发明了伏打电堆。

伏打在伽伐尼实险的基础上,致力研究两种不同金属的接触。他得出了新的结论,认为两金属不仅仅是导体,而且是由它们产生电流的。用伏打自己的话来说:金属是真正的电流激发者,而神经是被动的。伏打并把这种电流命名为“金属的”或“接触的”电流。

伏打不仅发现两种不同金属接触时会发生电流效应,而且发现当金属浸入某些液体时,也会有同样的效应。伏打开始是用几只碗盛了盐水,把几对黄铜和锌做成的电极连接起来,就有电流产生。1800年3月20日,伏打在给敦皇家学会会长约瑟爵士的一封信中,宣布了一个重要的发现。他说:

“用30块、40块、60块或更多的铜片,最好是用银片,每一片都和一块锡片(最好是锌片)接触,并且用相同数目的水层或比纯水更好些的导电液体层,好食盐水或碱水等,或是浸透这些液体的纸壳或皮革……

“在桌子上或台子上,我水平地放一块金属片,例如银片,在这一片上我放上第二片,即锌片;在第二片上我放上了一张浸液片;然后放上另一块银片,紧接着是另一块锌片,上面方放上一张浸液片。如此,我以同样的方式,总是在同一方向上,把银片和锌片合起来,那就是说总是银在下面锌在上面,或者相反,这要看我是怎样开始放的,在两对合起来的片子之间,都夹上一层浸液片。我如此继续下去,就形成了一个高到不致自己垮下来的圆柱。”

伏打证明这个堆的一端带正电,另一端带负电,这就是伏打堆。当时引起极大的轰动。这是第一个能产生稳定、持续电流的置。有了持续电流,对电学的研究打开了新的局面。

伏打电池的发明,使得科学家可以用比较大的持续电流来进行各种电学研究,促使电学研究有一个巨大的进展。伏打的成就受到各界普遍赞赏,科学界用他的姓氏命名电势,电势差(电压)的单位,为“伏特”(就是伏打,音译演变的),简称“伏”。

据说法国皇拿破仑一世1801年9月26日特地召伏打到巴黎,在一次专门的学术会议上伏打当众做了实验演示,亲临观看的拿破仑把一枚特制的金质奖章授于伏打,并封他为伯爵。

伏打于1769年发表《论电的吸引》。1775年发明起电盘。1778年建立导体的电容C、电荷Q及其张力T(即电位差)之间的关系式:Q=C T。1787年发明灵敏的麦秸静电计。1776年发现沼气。他还发明了气体燃化计(可研究气体燃烧时容积变化)等。

伏打电池1799年,伏打以含食盐水的湿抹布,夹在银和锌的圆形版中间,堆积成圆柱状,制造出最早的电池-伏打电池。

将不同的金属片插入电解质水溶液形成的电池,通称伏打电池。

背景: 当时对於电已经有相当的认识(静电、导电、电的种类),加上对雷电的正确了解,尤其是避雷针的研制成功,消除人们对於雷电的畏惧。特别是蓄电装置的发现后,科学家开始动脑筋去想如何能够有效地运用电。

青蛙腿的启示:

意大利波洛尼亚大学的解剖学教授贾法尼(Luigi Galvani 1737..1798)经常利用电击研究生物反应,1780年秋天无意间发现,即使没通电源的情况下,剥下来的青蛙腿也会发生痉挛的现象,后来经过十年的研究,在1791年发表成果。他一直认为这是一种由动本身的生理现象所产生的电,称为动物电,因此开发了一支新的科学 电生理学 的研究。同时也带动了电流研究的开始,触使电池的发明。关於这次意外的发现说法如下; 一次寻常的闪电,使贾法尼解剖室台上的起电机发生电气火花的同时,放在桌子上与钳子和镊子环连接触的一只青蛙腿发生痉挛,而此时起电机与青蛙腿之间并无导体连接。接著他把青蛙腿的一只脚吊高,再用黄铜钩刺在脊髓上,并使其接触银制的台板,让另一只脚可以在台板上方自由活动,当它碰到银台时,脚的肌肉就起收缩而离开台板,但是离开台板后即又再度伸长碰到银台,如此反覆摇摆。如果将钩与台改换成同一种金属,就看不到这种现象。

伏达和贾法尼的争辩:

意大利利帕维亚大学的物理学教授伏达(Alessandro Vlota 1745..1827),反覆重做贾法尼的实验,仔细观察后发现电并不是发生於动物组织内,而是由於金属或是木炭的组合而产生的。於是伏达完全不使用动物的组织,仅用不同的金属相接触,使用莱顿瓶及金箔检电器进行实验,发现在接触面上会产生电压,称为接触压。这种装置可以同时用不同的几种的金属,提高实验效果,但是总无法产生连续不断的电流。

伏达同时注意到贾法尼的实验中也是使用不同的金属,而实验中的青蛙腿可以看作一种潮湿的物质,所以就使用能够导电的盐水液体代替动物组织试验之,终於因此发现了电池的原理,做出了著名的伏达电堆与伏达电池。

贾法尼和伏达是朋友,贾法尼相当坚持自己的看法,伏达的反对意见触使贾法尼更进一步的研究,这一次他乾脆不用任何金属做导体,剥出一条青蛙腿的神经,一端缚在另一条腿的肌肉上,另一端和脊髓相接,结果腿仍然会有抽搐现象,证明了表现在青蛙腿上的电刺激,可以仅仅来自动物本身,这就是所谓的贾法尼电池、贾法尼电流(Galvanic Cell、Galvanic Current、Gagnometer)。贾法尼创造出动物电,导使电生理学的建立。

伏达电堆与伏达电池:

伏达电堆是由几组圆板对堆积而成,每一组圆板包括两种不同的金属板。所有的圆板之间夹放著几张盐水泡过的布,潮湿的布具有导电的功能。伏达进一步试验不同金属对所产生的电动势效果,得到以下的关系; Zn -- Pb -- Sn -- Fe -- Cu -- Ag -- Au

同时他也试过不同的导电液,后来就用硫酸液代替盐水。至於电堆的原理,伏达则认为是由於金属接触的机械原因所导致的,一直到后来赫尔姆霍兹才指出这是错误,而认为这是化学作用所引起的。

1800年伏达将十几年研究成果,写成一篇论文「论不同金属材料接触所激发的电」,寄给英国皇家学会,不幸受到当时皇家学会负责论文工作的一位秘书尼克尔逊有意的搁置,后来伏达以自己名义发表,终於使尼克尔逊的窃取行为遭受学术界的唾弃。

当时法国国王拿破仑平素喜欢学者,1800年11月20日在巴黎召见伏达,当面观看实验顿觉感动,立即命令法国学者成立专门的委员会,进行大规模的相关实验(有眼光!!)。同时也颁发6000法郎的奖金和勋章给伏达,发行了纪念金币,而伏达也被作为电压的单位,直到现在我们还在如此引用。

伏达电池之后:

在伏达之前,人们只能应用摩擦发电机,运用旋转以发电,再将电存放在莱顿瓶中,以供使用,这种方式相当麻烦,所得的电量也受限制。伏达电池的发明改进了这些缺点,使得电的取得变成非常方便,现在电气所带来的文明,伏达电池是一个重要的起步,他带动后续电气相关研究的蓬勃发展,后来利用电磁感应原理的电动机,和发电机研发成功也得归功於它,而发电机之后电气文明的开始,导致第二次产业革命改变人类社会的结构。

丹麦丹聂尔(J.F.Daniell)和卢克歇尔(Leclanche) 发明乾电池。1859年 普兰第(R.L.G.Plante)发明铅蓄电池。

英国的化学家德斐(Humphry Davy 1778..1829)后续 的研究发现了几种碱金属,导致电气化学工业的兴 起。 德斐在电流的磁效应上面的研究有过重要的贡 献,著名的物理大师法拉第,曾经在德斐实验室当助理学习。

电池原理将锌和铜泡在红色的硫酸液中,锌会产生负电,铜会产生正电,将两者用导线接起来,就会产生电流,成为电池.

 
 
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