电学奠基人「电学科学家」

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当意大利物理学家、拿破仑·波拿巴的被保护人亚历山德罗·伏打在1800年宣布发明“电堆”时，引发了科学发现和技术创新的爆炸式增长，开创并塑造了我们今天所知道的电气世界。伏打的电堆是现代电池的先驱，它是一种革命性的设备，因为它是第一个持续流动的电能来源。

亚历山德罗·伏打（Alessandro Volta，1745—1827）

就在伏打宣布发明电堆之前，科学家们全神贯注于理解和应用当时已知的唯一一种电——静电和路易吉·伽伐尼（Luigi Galvani）发现的神秘“动物电”。伏打的电堆改变了电气研究的进程，将短暂的静电火花作为物理学的一个专门分支抛在了脑后，并使伽伐尼的发现定格在一时的科学奇闻。

路易吉·伽伐尼（Luigi Galvani）

作为意大利科莫和帕维亚大学的物理学教授，伏打在其职业生涯的前30年中一直在寻找产生、测量和控制静电的方法。他发明的检测电的装置和聚光验电器都是直接从这一想法发展而来的。当伽伐尼寄给他一份描述一种新型“动物电”的论文时，伏打立即放弃了他的工作，开始复制著名的青蛙肌肉实验。他的主要目标是帮助伽伐尼解释他的奇怪观察。

博洛尼亚的意大利医生伽伐尼偶然发现，用一对不同的金属接触青蛙腿上的神经会使肌肉抽搐。他认为是活体组织，而不是金属，才是电能的来源。伽伐尼称这种形式的电为“动物电”以区别于静电，他真诚地相信他已经发现了生命的秘密力量。

伽伐尼蛙腿实验的示意

根据伽伐尼的说法，神经组织产生了使青蛙腿抽搐的电能。根据现代电生理学，这显然是错误的。这在于他相信金属只是完成了神经和肌肉之间的回路连接。而作为一名有条不紊的实验者，伏打用两块相同的金属进行了实验——这是伽伐尼从未想到的。青蛙的腿没有抽动。这种差异让两个人都很震惊。伏打认为他需要重新评估伽伐尼的理论，但是伽伐尼及其追随者的回应则是批评伏打新奇的实验方法。

伏打电堆的下部。大多数由30套金属和纸质圆盘组成

当时，需要大胆和创造性的洞察力才能提出这种新型电能来自金属，而不是动物组织。当伏打提出这个概念时，他开始了一系列实验，以证明一对不同的金属可以在没有任何动物组织的情况下产生电。他的第一个实验使用了一对浸泡在盐水溶液或稀酸中的金属。顺便说一句，伏打无法解释盐水或酸的功能。

当伽伐尼听说伏打的新实验时，他回应指出，一条电鳗可以在没有任何金属帮助的情况下产生大量的“动物电”。暂时，这个论点难倒了伏打。但这并没有阻止他继续进行探索。

当时唯一的仪器是那些为研究静电而设计的仪器（验电器、带电玻璃杯和树脂板）——这几乎都不是现代技术人员用来研究电池性质的仪器。伏打同时使用这些仪器来测量他的“金属接触电”。

伏打通过用浸过盐水的金属给验电器充电来确定他的电力的相对强度。金属叶片离得越远，电压就越大。他首先用已知极性的静电荷给验电器充电，然后用其中一个金属电极接近它，来确定它的电位极性。如果叶片吸到一起，则电极的电荷与参考静电荷的极性相反。如果叶片分离得更远，极性则一定与参考静电荷相同。

他的第一个实验表明，电极金属的不同组合会产生不同的极性和数量的电压。通过匹配所有可能的由铅、锌、铜、石墨、银和金制成的电极对，伏打构建了第一个元件表。他和其他研究人员后来使用这张表来预测某种金属组合会产生的电压和极性。

伏打向拿破仑展示他发明的电堆（意大利画家朱塞佩·贝尔蒂尼在1897年所作）

当伽伐尼悄悄地为他的发现收集支持数据时，伏打不得不与那些指控他不效忠意大利的言论进行斗争。当拿破仑和他的军队冲进意大利北部，使伏打所在的伦巴第州成为法兰西帝国的一部分时，伏打是被派去迎接这位著名征服者的意大利人之一。作为这个小州的居民，伏打对他的这个使命其实并没有过分热情。但几年前在巴黎遇到了拿破仑，伏打决定顺应时代的潮流，充分利用了他周围的政治局势。

伏打不是通常意义上的叛徒，因为伦巴第人民一直同情法国的事业。他们认为拿破仑最终可以统一他们（周边）的各个国家。然而，居住在该国其他地区的一些有影响力的意大利人开始为这位物理学家制造麻烦，进一步加剧伏打和伽伐尼之间的敌意。意大利医生伽伐尼顽固地拒绝宣誓效忠法国。伏打的处境一度变得如此糟糕，以至于拿破仑本人出面干预来挽救他最喜欢的科学家。

当政治空气终于散去时，伏打又回到了手头的科学任务上。唯一剩下的问题是找到一种方法来从他的接触金属中获得更令人信服的电压量。他想到了将铜和锌圆盘堆叠在一起，每对之间夹一块浸过盐水的纸板。这堆金属和纸板实际上形成了我们现在所知的串联辅助电路。

1800年，伏打在一封由两部分组成的长信中描述了他工作的最终成果，信写给了英国皇家学会会长约瑟夫·班克斯。班克斯将这封信作为英国皇家学会哲学汇刊的正式科学论文发表，以“关于仅通过不同种类的导电物质的接触而激发的电”的标题出版。世界了解了伏打持续流动的电能的来源。

这篇著名的论文清楚地表明，盐水或酸浸泡的金属对之间的化学作用产生了新的电力形式。因此，伽伐尼的理论突然而彻底地宣告死亡。

伏打论文的第一部分描述了其电堆的构造和产生的效果：“……如果将三联板的组合再增加20或30个，按相同的顺序排列，则可以更强烈地增强电堆的作用，从手臂到肩膀都能感觉到；如果继续触摸，手上的疼痛就会变得难以忍受。”

伏打还指出，随着纸板片开始变干，“永久”的电动作就会停止。为了解决这个问题，伏打发明了一种“玻璃杯皇冠”——装有弱酸溶液并含有一对不同金属的玻璃杯。通过将电线从一种电极连接到另一个玻璃杯中的另一种电极，伏打将我们现在所知的串联电池排列连接起来。这构成了当今使用的人们更熟悉的湿电池版本。

伏打的“玻璃杯皇冠”，现保管在英国伦敦的科学博物馆内

尽管伏打和伽伐尼在学术观点是死敌，伏打曾经大大赞扬了伽伐尼，因后者带动他进行了导致“电堆”和“玻璃杯皇冠”的研究。很大程度上由于伏打的支持，伽伐尼的“永久”电流被称为“伽伐尼电流”。电气研究人员后来以这位并不走运的意大利医生的名字命名了检流计。

伏打更杰出的品质是他在物理实验中的毅力，他对自然现象的敏锐观察，他在重复实验中的耐心，以及他在修改实验以获得正确论断和结论中的想象力。事实上，伏打并不是"偶然"发明了电堆，而是在运用科学的方法，准确地选择了一些很一般的物体（不同金属的盘子、被盐水浸湿的纸板盘子、小木块和绳子）组成一个系列，从而获得了最大的电势差。

伏打电堆首次提供了一个具体的、有形的主要电力来源，为以前无法想象的富有成效的电应用和电科学的概念开辟了道路。

伏打1796年8月1日写给哈勒大学的弗里德里希·格伦的信中签名的草图，涉及到电堆中发生的化学效应

事实上，在电堆发明后的几年里，直流电的出现使得对产生现代电力的磁电和电动力学相互作用的详细研究成为可能。毫不奇怪，即使在今天，关于电磁学的论文在说明查尔斯·奥古斯丁·德·库仑和安德烈·安培的实验时，通常以“电池连接”作为开头。正是由于伏打的开创性工作，带来了后续的对于稳态电的进一步诠释：电阻（欧姆）、拓扑学（基尔霍夫）、能量（焦耳）和电动力学（安培）。

今天，所有的电压和电势单位都以“伏特”（Volt）命名，以纪念伏打的贡献。那为什么不直接叫“伏打”呢？

这要从1861年的一篇论文提起，论文作者叫拉蒂默·克拉克，他开创了以科学家名字命名单位的传统。但是他都采用了缩写的人名，如伏打（Volta）变成伏特（Volt）、法拉第（Faraday）变成法拉（Farad）、伽伐尼（Galvani）变成伽伐（Galvat）等。用他的话说，他"忽视了词源学规则"。同年，英国科学促进会的一个委员会开始开发一个统一的电学单位系统，即cgs系统。委员会成员同意了克拉克的建议，但删除了伽伐尼的名字，因为认为他没有特别的发现。后来，麦克斯韦在他的《电磁论》（1873）中承认了克拉克的实用单位和它们的名称。1881年，在巴黎举行的国际电气大会上，增加了两个法语名称，安培和库仑。外交手段也发挥了作用，新的电学单位系统被所有国家采用。

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