敢尝电流味道的人
2600年前,古希腊流行琥珀装饰品,尤其是里面包藏昆虫蜘蛛的金黄色琥珀价值连城。采集到的琥珀要用树木、毛皮打磨光亮。公元前585年希腊哲学家塞利斯发现摩擦过的琥珀会吸引碎草、谷屑这样的轻小物体。我国西汉时期有人发现海里的玳瑁的甲壳经摩擦也会吸引碎草之类的轻物,并在古书中留下了“吸”的记载。东汉时,著名学者王充的《论衡》中有“顿牟掇芥”之说,“顿牟”就是琥珀,“掇”是吸引。
琥珀吸衤若、顿牟掇芥是为什么?长达2000年中无人知晓。到公元1600年,英国女王伊丽莎白的宫廷医生吉尔伯特观察研究多年,发现丝绸、呢绒与玻璃、火漆、宝石摩擦都有吸引作用。他指出这是“电”的作用,并给“电”取名“ELECTRON”,意思就是琥珀浪。1650年法国人格利凯制造了世界上第一架摩擦起电机。此后各种各样的摩擦起电机如雨后春笋般涌现出来,成为欧洲各国实验室的重要设备。有些魔术师用它进行表演,使自己的头发一根根直立起来,形如狮子,惊得围观者瞠目结舌。
人们探索电的奥秘,寻找获取电的种种新方法。1752年,美国科学家富兰克林在雷雨天放风筝,把“天电”引了下来,证明“天电”与“地电”原来是一家。而他和他儿子却差一点成为雷电的牺牲品。在富兰克林做“风筝实验”的同时,英国商船在非洲和南美洲海域捕到一种会发电的鱼——电鳗。很快,电鳗便身价百倍,变成电学实验室中的“活电源”以及科学研究的好对象。
摩擦起电也罢,电鳗发电也罢,都不能稳恒不变,长久保持。围绕这一难题,科学家们绞尽脑汁,有的主张用畜力代替人力摇动电机;有的提出使用风力驱动;有的制造贮存电荷的瓶子;有的试图去多捉一些电鳗……1786年11月的一天,意大利波伦亚大学解剖学教授伽伐尼正在解剖青蛙,一边解剖一边记录。当他偶然摇动了实验室中的一架起电机时,噼啪一声,电极闪闪出一道蓝光。就在同时,伽伐尼看到一个惊人现象:吊在铁架上的两条蛙腿突然跳动了一下。伽代尼抓住这一“怪事”做了大量试验,一次他用钢丝刺穿蛙腿肌肉,当铜丝碰到铁板的刹那间,蛙腿抽动了一下,换用木针、骨针穿刺,蛙腿不动。试验说明钢铁加蛙腿能产生电流,这就是世界上第一只电池——青蛙电池。
科学上不乏求梨得桃的事例,解剖学家伽伐尼的发现使他在电学界名声大振,青蛙电池被命名为伽伐尼电池。伽伐尼在发表的论文中宣称:电流是来自青蛙体的“动物电”。许多生物学家、解剖学家都赞同他的观点。意大利帕维大学物理教授伏打,重复做了青蛙实验,于1787年发表了自己的研究结果。他认为青蛙不是电鳗,不会产生“动物电”,电流的起源是两种不同金属的接触,蛙腿肌肉不过起着验电器的作用,出现的电流应称为“金属电”才对。
以伽伐尼为首的生物学派与以伏打为首的物理学派各持已见,论战不休。为了证明“金属电”,伏打用舌头接触连通的银币和锡片,尝到特殊的酸味,用金和银做实验时是苦味。而单独舔这几种金属则没有味道,可见只有当两种金属接触时才有电流。
伏打“吃电流”的实验轰动了科学界,人们给他一个雅号“品尝电流滋味的人”。随后,伏打又用实验证明“金属电”还能引起视觉的变化,伽伐尼终于心悦诚服,放弃了“动物电”的观点。大论战以科学的胜利结束,伽伐尼于1798年逝世。
经过近5000个日日夜夜,到1800年,伏打终于如愿以偿,用60块铜片和银片堆积产生电。这标志着静电时代的结束,动电时代的开始。3月20日他写信给英国皇家学会会长约瑟夫,宣布已发明一种能产生持久稳定电流的“人工电器官”。
在帕维大学的报告厅里,除了学生,还有政府官员和大批新闻记者。伏打在桌上用银币和锌片小心翼翼地“堆积木”,当堆到60组时,流出的电流使导线接触处产生蓝色火花,如果用手碰圆柱两头,人会有明显的麻酥感。第二天各报头版都以最显著位置作了报道。
法国对伏打电堆的反应最强烈。法皇拿破仑将军亲自邀请伏打到巴黎演示他的发明。1801年12月21日晚8点,伏打在法国科学院演讲,大厅座无虚席,除科学院全体院士及其他听众外,拿破仑皇帝和外交大臣、军事大臣等政府要员都在场。伏打讲电学的发展史,接着拿出一块灰鼠皮用力摩擦带绝缘座的钢球,然后用手指慢慢靠近钢球,蓝色的火花僻僻拍拍打到手指上,伏打泰然自若,观众掌声不绝。演讲快结束时,一个伙打电堆矗立在讲桌上。“请一位勇士上来!”伏打提高嗓音说,一位身穿军装的男爵跳上讲台,两只手捏住正负极引线,立刻,他的双手颤抖不止,眼睛直冒金花,耳朵隆隆轰鸣。“电的威力真大啊!”拿破仑皇帝离开专席走上讲台将一枚金质勋章奖给伏打,然后对大家说:“天才揭开了伟大的大自然的神秘帷幕。天才是很少的!应该给他们勋章!……今天我还要给伏打提供20万法郎的研究基金……”拿破仑的话音刚止,听众就鼓掌欢呼起来。“伏打,伏打!”“陛下万岁!”的呼声此起彼落。伏打没有辜负法国科学院的支持和期望,不久又发明了验电器和储电器,有力地推动了电学的发展。神奇的伏打电堆吸引了英国大化学家戴维。他停下手中的化学研究,花了一年多时间,制作了一个比人还高,有2000组元件的伙打电堆,正负极各接一根碳条,在碳条接近到1公分时,强大的电流穿透空气放电,刺目的弧光照亮了半个伦敦。1820年的一天,丹麦科学家奥斯特在做科普报告,观众对他精彩的讲话和形象的演示热烈鼓掌。突然,一个怪现象跳入他的眼帘,助手约尔根接通伏打电堆的同时,铂丝上方的小磁针猛地转了90度,电流的磁效应就这样被发现了。
为了永远铭记伙打和他开创电气时代的伟大发明,英国科学进展协会建议电压单位叫“伏特”。1881年在法国巴黎召开了第一届国际电学大会,各国与会代表一致同意英国的建议,并作出在全世界推行“伏特”电压单位的决议。伏打之后,英国电学家法拉第于1831年研制出用电磁感应原理的圆盘发电机,1860年法国科学家勃兰特发明了一种可以充电的铅酸蓄电池。科学家惠斯顿1892年发明了一种非常稳定的硫酸镉电池,稳定度高达500000年才变化1伏特制成的。从1800年至今,电池早已发展成一个大家族了。有小巧价廉的干电池;有方便适用的空气电池;有新颖高效的银锌蓄电池;有状如钮扣的氧化银电池;有见光发电的太阳能电池;有寿命特长的原子能电池……它们正以各自的特色,为人类提供动力,发光发热。