伏打电池

​        伏打在电的研究上，发现了金属的排列与正负电有关，为电池的出现打下了基础。1781年，伏打曾经对已有的验电器进行改造，制成了能够测定微量电荷的验电器。他把该验电器叫做麦秸验电器。次年，他又给验电器配上电容器，制成能用以测量低电压的电学仪器。1775年他发明了起电盘装置。他在给普利斯特列的信中描写了这种起电盘装置：在一个用丝绸吊起的金属盆中，放着树脂和沥青混合物的圆块，先使其带上电；盆盖的内外侧由于受到感应而带上不同的电荷，用手接触外侧使一种电荷消失，就可以由盆盖上得到与圆块上相反的电荷。只要圆块上有电，就可以不断地从盆盖上得到电荷。伏打的这些发明为他日后研究“动物电”创造了条件。 

        当伽伐尼的发现公布后，伏打非常震惊，立即着手这方面的研究。为了验证电的性质，伏打将一块金币和一块银币顶住舌头，用导线将两者连起来，舌头就感到了苦味。他将两种金属连接起来，一头接触眼皮上部一端用嘴含住，当刚一接触的瞬间，奇异的事发生了，居然产生了光的感觉！伏打开始认识到，金属不仅是导体，而且能够产生电；电不仅能使青蛙腿产生运动，而且能够影响视觉和味觉神经。这一结论很快引起了人们的广泛关注。由于天才的头脑，在对伽伐尼的动物电研究中，他很快意识到必须把这一效应的物理因素放到首要地位。他认为，青蛙的肌肉和神经中是不存在电的，是不同金属与湿的物体的接触产生了电的流动，蛙腿只是起到了验电器的作用。1793年12月，伏打在一封信中公开提出了反对伽伐尼动物电的观点，他一再强调电流在本质上是由金属的接触产生的，与金属板是否压在活的或死的动物体上无关。他倡导用“金属电”来代替“动物电”这个名称。伏打的观点一公布，犹如一颗重磅炸弹，引起了人们激烈的争论。 

        伽伐尼将青蛙的神经与青蛙的脊椎和腿接触，同样引起蛙的收缩，他用这个实验来反对电来自金属接触的说法。尽管他们各自的解释都不正确，但是他们的发现和争论却是具有非凡的意义。伏打坚持了自己的研究方向和观点，新的发现和发明接踵而来。在1796年的一封信中，伏打把金属（他把黄铁矿和木炭也包括在内）称为第一类导体或干导体，把含有金属元素的液体（盐、碱、酸等）称为第二类导体或湿导体。他指出：“把干的导体，即第一类导体与湿的导体，即第二类导体接触，就会引起电的扰动，产生电运动；产生这个现象的原因，目前还不清楚，只能认为是一般特性。”伏打用了三年的时间，用各种金属一一组合搭配的方法，研究两种金属相接触产生电的现象。他发现，同一种金属与某一种金属接触时带正电，与另一种金属接触时带负电。所以，金属究竟带何种电，取决于它，以及与它接触的金属的性质。如锌和铜接触，前者带正电，后者带负电；而铜和金接触时，铜则带正电，金带负电，当然，现在我们知道金属的这些性质，是跟它们失去电子的能力大小有关的。失去电子能力大的金属在实验中失去电子而带正电，能力小的金属获得电子而带上了负电。1797年，伏打公布了这些研究成果，不少学者感到惊讶。在大量实验的基础上，伏打确定了一个金属序列，只要按这个顺序将任意的两种金属接触，排在前面的那种金属将带正电，排在后面的那种金属将带负电。伏打排出的这个序列是：锌、铅、锡、铁、铜、银、金、石墨、木炭，这就是著名的伏打序列，又被作了一些补充。后来他还进一步发现，如果将不同的几种金属依次联接起来，其总的电位差与中间的金属种类无关，只与首、尾两端的金属性质有关。

        １８０ ０年伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电堆，他还把锌片和铜片放在盛有盐水或稀酸的杯中，放多这样的小杯子中联起来，组成电池。他指出这种电池“具有取之不尽，用之不完的电”，“不预先充电也能给出电击”。

　　伏打电堆（电池）的发明，提供了产生恒定电流的电源——化学电源，使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。从此，电学进入了一个飞速发展的时期——电流和电磁效应的新时期。

　　直到现在，我们用的干电池就是经过改时后的伏打电池。干电池中用氯化铵的糊状物代替了盐水，用石墨棒代替了铜板作为电池的正极，而外壳仍然用锌皮作为电池的负极。

        伏打电堆由很多个单元堆积而成，每一单元有锌板与铜板各一，其中夹著浸有盐水的布或纸板。伏打电堆每个单元可以产生0.76V的开路电压，拥有六个单元的伏打电堆其开路电压大约是4.56V。

附1、简易铝箔验电器制作方法：

1．器材：带一个皮塞的无色透明的药瓶．一根长20厘米直径2毫米的铜丝，一小块包香烟的锡箔纸，玻璃棒、橡胶棒、塑料尺各一根，毛皮与绸布各一块。

2．将铜丝插入瓶塞内，瓶塞以下14厘米长，瓶塞以上6厘米长。用上端的铜丝扭成一个小圆圈，在钢丝的最下端弯一个小钩，如图16．1－1（a）所示。

3．将锡箔剪成16．11（b）的形状，挂在铜丝下端的构上，如图16．1－1（C）所示。将挂有铝箔的铜丝钩小心地插入瓶内，如图16．1－1（d）所示。

简易铝箔验电器使用方法：

分别用毛皮摩擦过的橡胶棒，和用丝绸摩擦过的玻璃棒跟瓶塞上的圆形铜环接触，可以看到瓶内钩上的箔片张开或合上。

简易铝箔验电器制作注意事项：

静电实验成功的关键取决于绝缘情况，要尽量避免电荷的流失。因此，静电实验的教具，表面应清洁干燥，金属部分表面应光洁无锈蚀，绝缘部分如仪器支架、底座等都应用绝缘性能良好的材料，如有机玻璃、石蜡、塑料等。

附2、大型演示验电器制作方法：

1．导电杆：用厚约0．5毫米的铜片，剪成20×1．5厘米2的长条，将一端弯成圆筒形，圆筒大小要求能紧套在做绝缘杆的蜡烛上。用直径0．5毫米的裸铜丝两端打弯，使其宽度略小于以上钢片宽，然后将它焊在钢片上端距圆筒下沿8毫米处，在弯成圆筒形的钢片顶端，再焊上一根长5厘米、直径2－3毫米的带金属球的铜杆，见图16．1－4。

2．转动箔片：箔片的材料拆自废电解电容器内的铝箔。用柔软的干布或纸，把铝箔抹平后，用刀片截成图16．1－4左图所示的形状。为了提高箔片的强度，将箔片沿虚线处折成直角，然后将其上部穿过焊在铜片上的铜丝转轴，卷成圆筒，在接口处用百得胶粘一下，使圆筒能绕转轴灵活转动。

3．绝线杆：采用蜡烛或相应外径的塑料管、棒，把导电杆套上后，将其固定在铁架台或其他支架上，固定时使导电杆竖直。

大型演示验电器使用方法：

使用方法与常规验电器相同。

大型演示验电器制作注意事项：

由于仪器设有外壳，保存时要设法不使箔片受损，同时注意保持仪器洁净，不被灰尘沾染，以确保实验成功。

附3、简易铅笔心滑动变阻器的制作方法

用五合板或厚度为6毫米左右的木板制成底板。

按图21．2－12所示尺寸剪一块磷铜片，在铜片上钻两个小孔，然后弯成“S”形。用小圆锉在“S”形铜片底部的中心锉一道浅槽。取一段直径为1．3毫米左右的裸铜线，将裸铜线从“S”形滑片的两个小孔中穿过，然后弯成图21．2－12所示的形状，用小钉钉在底板上，做成金属滑杆。剪两条3×0．6厘米2的矩形铜片（或铁片）和一段直径为1．3毫米左右的裸铜线弯成图示的形状，用小钉钉在底板上。轻轻掀起铜片的自由端，将一段HB铅笔心压在铜片下面，做成电阻体。调整金属滑杆的高度，使“S”形滑片与铅笔心保持良好的接触而且能灵活地在铅笔心上滑动。