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亚历山德罗·伏特

亚历山德罗·伏特

亚历山德罗·朱塞佩·安东尼奥·安纳塔西欧·伏特伯爵(Count Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta,1745年2月18日-1827年3月5日),意大利物理学家,因在1800年发展电池而著名。后来他受封为伯爵。

伏打生于科莫,并在当地的公共学校学习。1775年,他成为The Royal School in Como的物理学教授。第二年,他完善了一个产生静电电荷的发明──electrophorus。他于1776至1777年间投身化学,研究大气电力(atmospheric electricity)以及执行如在封闭的容器中以电力的火花点燃气体等不同的实验。1779年,他成为帕维亚大学的物理学教授,并在此担当教授二十五年之久。他在1800年前已成功发展出以稳定电流制造、称为伏打堆(voltaic pile)的早期电池。1810年,拿破仑有见他对电力学的贡献,册封他为伯爵。科莫当地为他建了一间称作伏打寺的博物馆,展示他实验仪器的原物。位于科莫湖旁的Villa Olmo的伏打基金会(Voltian Foundation)也致力推广科学活动。伏打在科莫投身科学研究和推出了首批发明品。

 

科学研究

 

沃特和伽伐尼 由Luigi伽伐尼指出的“动物电”,当两个不同的金属彼此互相连接串联了青蛙的腿。沃特意识到,青蛙的腿既担任指挥的电力(我们现在称之为电解质),也作为电力探测器。他更换了青蛙的腿,并用盐水浸泡过的纸,而以流量检测其他方式以他熟悉的电力的以前的研究。以这样的方式,他发现了电化学系列,以及规律的电动势(EMF)的一个原电池,其中包括一对金属电极的电解质分开,区别是他们的两个电极之间的电位(因此,两个相同的电极和一个共同的电解质给予零净电动势)。这可能就是所谓的Volta的电化学规律系列。 在1800年,作为一个意见分歧的专业者而导致在倡导电偶反应的伽伐尼,他发明了早期的伏特电池,于是这就产生稳定的电流。沃特确定了一件事,对不同的金属产生最有效电能的是锌,银。最初,他尝试着将个别金属,并每个单元一个装满酒的酒杯用盐水到其中的两个不同的电极浸泡,光伏堆的酒杯用纸板代替浸泡在盐水。

在宣布他的发现时,沃尔特赞扬威廉尼科尔森、卡瓦略和亚伯拉罕班纳特厄斯的影响,另外一个发明是沃尔特开创的,是一支远程操作的手枪,他利用了一个莱顿瓶来传送电流从科摩到米兰(约 50〜30公里或英里),这反过来,掀起了手枪风潮。目前是从地面的木板被发送沿绝缘导线,这项发明是一个重大的思想先驱,对于电报而言,这也使得人们利用电流进行通讯。

早期的电池 伏特电池是被记为历史上第一个的化学电池,它又分为了两个电极:其中之一为锌金属,另一个为铜金属。电解液是硫酸或盐和水的混合物盐水组成的,电解液中存在的形式则为2H+和SO42 -。锌,它是高于铜和氢的电极系列之一,与带负电荷的硫酸根形成反应,带正电的氢离子(质子)从铜捕获到电子,于是这使得负电极棒锌和铜的正电极棒产生氢气气泡。我们现在有两个终端,电流会流动,如果我们把它们连接起来,铜不发生反应,运作作为电极用于化学的反应,然而,这种实验也存在着一些缺点,它是不安全的实验,硫酸即使稀释还是有危险性的,此外,减弱的细胞随着时间的推移由于没有释放氢气而持续累积,代替表面上的锌电极之间形成一个金属与电解质溶液的障碍。原始的电池得到广泛且应用于学校,而法律证明电力就是所谓的像柠檬的蓄电池。

退休后的几年 为了纪念他的工作,伏特则被拿破仑任命为伯爵于 1810年,此外,他被描述后,意大利语10000里拉(不再流通)以及一个其著名光伏示意图桩。 伏特他1819年退休在 Camnago,科摩现在叫 Camnago伏特在那里,死于1827年3月5日,他被安葬在Camnago伏特。

可能的更加早期的电池 最近有越来越多引发争议的电池发明。有人提出说,巴格达发现电池在1938年而且由Wilhelm柯尼格在Khujut Rabu巴格达附近的优先。巴格达电池可能是已被用于一些由波斯人2000年前用于电镀,可能就是第一个已知的化学电池。

伏特的遗产是一个寺坐落于在湖边的公共花园,这也是一个博物馆,已建成曾经在他的荣誉和部分展品原有设备进行的实验,花园奥尔莫矗立在不远处的地方,并拥有该房子Voltian基金会,为倡导科学活动的一个机构,伏特继承了他的实验性研究,并在科摩提出了他第一次发明东西。

 

生平简介

 

意大利物理学家。巴黎科学院国外院士。

伏打(AlessandroVlota 1745~1827年)

伏打其实就是伏特。电压的单位规定为 volt(少了字母a)音译为伏特,是为了纪念伏特(伏打)。

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。

 

成就及荣誉

 

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。

 

个人其他信息

 

1745年2月18日生于伦巴第的科莫,1827年3月5日卒于科莫。伏打出生于一个没落的贵族家庭。史弟姐妹(共有八个)大都就了神职,只有他例外。伏打决非神童。他四岁才会说话,家里人认为他智力迟钝。但到了七岁,他赶上了其他孩子,接着就开始超过他们。他十四岁时便决心当一个物理学家。伏打对占据了当代科学舞台的电现象有兴趣,这种兴趣是由普利斯特利*的电学著作引起的。他甚至还写了一首关于电学的(被认为是相当不错的)拉丁文长诗。

1774年,他被任命为科莫中学的物理教师。第二年他发明了起电盘。在给普利斯特利的信中,他首次描述了这个发明。这个装置由一块覆有硬橡胶的金属电极板和一块带绝缘手柄的金属电极板组成。摩擦硬 橡胶板,使之带上负电荷。如将带柄极板置于其上,正电荷便被吸引到下表面,负电荷被排斥到上表面。上面的负电荷可通过接地排除,这个过程不断继续,直到带柄极板带上很多电荷为止。这种电荷蓄贮器取代了莱顿瓶,成为电容器的前身,今天仍然使用着。伏打的名声因此传开。

1779年,他接受了帕维亚大学的教授职位,并继续从事电学研究。他发明了与静电有关的其它设备。1794年,他获得了英国皇家学会的科普利奖章,被选为该会会员。他一生的主要功绩并非在静电学方面,而是在动电即电流方面。他继续进行伽伐尼*的实验---伽伐尼是他的朋友,曾送给他论电流的论文。伏打着手研究这样一个问题:肌肉接触两个不同的金属时,所产生的电流,究竟是由肌肉组织引起的还是由金属引起的。为了验证这一点,他于1794年决定只用金属而不用肌肉组织进行试验。他立即发现,电流的产生和持续与生命组织无关。这就在这两个意大利人之间触发起一场论战。一方是伽伐尼,主要支持者是德国人洪堡*,另一方则是伏打,主要支持者是法国人库仑*。论据越来越有利于伏打,伽伐尼在怨恨中归天。

1800年,伏打制成能产生很大电流的装置,从而胜利在握。他使用几个盛有溶液的碗,将相溶液用弓形金属条连接。金属答有两类,一类为铜,另一类为锡或锌,两者间隔放轩。这样便产生出一电流。这就是历史上第一组电池。伏打使用小圆铜极板和小圆锌极板以及浸透了盐溶液的硬纸板圆片,作成体积上且含水少的装置。从底部开始,往上依次为铜、锌、硬纸板;铜、锌、硬纸板……。如将金属线接到这个“伏打电堆”的顶端和底部,电路闭合时就会有电流通过。不久,尼科尔森*就将伏打电池付诸实际使用,这便直接导致戴维*的惊人研究成果。电池的发明使伏打的名声达到登峰造极的地步。

1801年,伏打被拿破仑宣召到法国奉命表演他的实验。他获得一连串的奖章和勋章,其中包括荣誉勋位团勋章,还被封为伯爵,1810年,他当上了伦巴第公国的参议员。伏打和拉普拉斯*一样,有不受政治变迁影响、保持自己地位的全领。拿破仑倒台、奥地利再次统治意大利以后,伏打仍然地位显赫,春风得意。然而,伏打所获得的最高荣誉却并非出于统治者之后,而是来自他同辈的科学家。电动势----使电流远动的驱动力----的单位现被称为“伏特”,就是为了纪念他而命名的。由现代核粒子加速器产生的运动带电粒子的能量,以电子伏为单位量度。十亿电子伏缩写为“beV”。

 

其他贡献

 

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。

 

社会评价

 

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。

Voltaic_pile

 

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。 伏打电堆

 

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) 发明干电池。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。

 

电池的发现

 

电池是由意大利帕维亚大学的亚历山大·伏达教授发明的。

这天,像往常一样,伏达教授来到图书馆查阅有关资料。突然,一本德国科学家的实验报告汇编引起了他的注意,这本书记载了一个叫斯罗扎的科学家在1750年做的一个实验。斯罗扎在实验报告中说:把两个不同的金属分别夹在舌头的上下,然后用一根金属导线连接两块金属块,此时,舌头上会有一种酸的感觉;如果用两块相同的金属片夹在舌头上下,就没有这种感觉。伏达看完这个实验报告,欣喜若狂。回到实验室,伏达马上找到一块薄锡片和一枚新银币,并用一根导线将它们连接起来。果然,他的舌头出现了麻木的感觉。“这是触电的感觉,”伏达对助手说,“导线中肯定有电在流动。”伏达发现,单独使用锡片或银币在口腔做实验时,没有这种感觉。“这是什么原因呢?”伏达推测,可能是口腔含有稀酸的缘故。根据这一推测,伏达改用稀酸做实验,果然,发现有麻木的感觉。稀酸实验的成功,给了伏达极大的信心。他决定生产一种能产生和储存电能的装置。1799年,伏达按照自己的设计,把几个盛稀酸的杯子排在一起,然后在每个杯子中装一块锌片和铜片,并将前一个杯子中的铜片和后一个杯子中的锌片用导线连接。最后,两端用导线接出。伏达用手指捏住两端的导线,他不仅感到手指麻木,而且身上也有这种感觉,这说明这种电源装置产生了相当大的电压。“把这‘宝贝’叫做‘伏达电池’吧!”伏达的助手建议。

由于伏达发明了电池,1801年被法国皇帝拿破仑授予金质奖章,并封为伯爵。

 

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

意大利伏打寺(纪念伏打并展示相关文物的博物馆)的伏打电堆原型

 

传奇人生

 

亚历山德罗·朱塞佩·安东尼奥·安纳塔西欧·伏特伯爵(Count Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta,1745年2月18日-1827年3月5日),意大利物理学家,因在1800年发明伏达电堆而著名。后来他受封为伯爵。

青年时期

 

伏特是意大利物理学家,1745年2月18日出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。他的父亲和一位高贵的妇女结婚之前,一直是耶稣会的一位新教徒,已有十一年之久,这位妇女也是一位宗教信仰很深的人。

伏特的父亲有三位担任圣职的兄弟,有九个儿女,其中五个加入教会。伏特非常崇拜他担任副主教的兄弟和他最好的朋友、大教堂牧师加托尼。但伏特在接受耶稣会教育后,宁愿过一种世俗生活,虽然他周围的宗教社会整个说来还是快乐的,热爱生活的,而且是相当开明的。

 

感情生活

 

伏特和一位歌女同居了多年,但在大约五十岁时却和另一女人结了婚。他的妻子被描述为一位普通的家庭妇女,高贵、富有和聪慧。

伏特所受的教育主要是拉丁文、语言学和文学。他有时写作法文和意大利文的十四行诗,以及拉丁文颂诗。他对科学的爱好似乎是自然而然发生的,十九岁时他写作了一首关于化学发现的六韵步的拉丁文小诗。他居住的科莫周围地区甚为繁华,与瑞士的交通也非常便捷。奥地利政府当时信奉自由主义,因此这地区的富豪们都过着一种悠闲舒适的生活。

 

电学实验

 

伏特在青年时期就开始了电学实验,他读了他能够找到的许多书,对这工作深感兴趣。他的好友加托尼送给他一些仪器,并在家里让出了一间房子来支持他的研究。伏特十六岁时开始与一些著名的电学家通信,其中有巴黎的诺莱和都灵的贝卡里亚。

贝卡里亚是一位很有成就的国际知名的电学家,他劝告伏特少提出理论,多做实验。事实上,伏特年青时期的理论思想远不如他的实验重要。随着岁月的流逝,伏特对静电的了解至少可以和当时最好的电学家媲美。不久他就开始应用他的理论制造各种有独创性的仪器,用现代的话来讲,要点在于他对电量、电量或张力、电容以及关系式Q=CV都有了明确的了解。1769年发表第一篇科学论文。

伏特制造的仪器的一个杰出例子是起电盘。一块导电板放在一个由摩擦起电的充电树脂“饼”上端,然后用一个绝缘柄与金属板接触,使它接地,再把它举起来,于是金属板就被充电到高电势,这个方法可以用来使莱顿瓶充电。这种操作可以不断地重复。这一发明是非常精巧的,以后发展成为一系列静电起电机。

伏特强烈地感到,他必须定量地测定电量,于是他设计了一种静电计,这就是各种绝对电计的鼻祖,它能够以可重复的方式测量电势差。他还为他的静电计建立了一种刻度,根据电盘的发明,根据他的描述,我们可以确定他的单位是今天的13,350伏。

由于起电盘的发明,1774年伏特担任了科莫皇家学校的物理教授,1779年任帕维亚大学物理学教授。他的名声开始扩展到意大利以外,苏黎世物理学会选举他为会员。

伏特的兴趣并不只限于电学。他通过观察马焦雷湖附近沼泽地冒出的气泡,发现了沼气。他把对化学和电学的兴趣结合起来,制成了一种称为气体燃化的仪器,可以用电火花点燃一个封闭容器内的气体。

 

游历国外

 

伏特在三十二岁时去瑞士游历,见到了伏尔泰和一些瑞士物理学家。回来后他被任命为帕维亚大学物理学教授,这是伦巴第地区最著名的大学。他担任这个教授职务一直到退休,正是在那里他作出了他的划时代的发现。

伏特于1792年去国外作另一次长途游历,这次并不限于邻近的瑞士,而是到了德国、荷兰、法国和英国。他访问了一些最著名的同行,例如拉普拉斯和拉瓦锡,有时还和他们共同做实验。他当时还被选为法国科学院的通迅院士,不久又被选为伦敦皇家学会的外国会员。

 

伏达电堆

 

伏特在四十五岁生日后不久,读到了伽伐尼1791年的文章,这促使他去作出了最大的发明和发现。他开始还有些犹豫,但不久他就开始了工作,用伏特的话说,他实验的内容“超出了当时已知的一切电学知识,因而它们看来是惊人的”。

起初他同意伽伐尼用蛙做莱顿瓶的观点,但几个月后,他开始怀疑蛙主要是一种探测器,而电源则在动物之外,他还注意到,如果两种相互接触的不同金属放在舌 他假定,两种不同的金属,例如铜和锌接触时会得到不同的电势。他测量了这种电势差,得到的结果与我们现在所知的接触电势差没有多大差别。至少当连接肌肉上,就会引起一种特殊的感觉,有的是酸性的,有时是碱性的。

和神经的金属电弧是双金属时,只要假定蛙是一种非常灵敏的静电计,伽伐实验就到了解释。当然,伽伐尼回答说,甚至当金属电弧是单金属的时,他也能够观察到肌肉的收缩。这是一种严峻的反对意见,伏特对这些指出了金属的不纯和其他原因来为自己辨解。

伏特对这个问题进行了更深入的研究,1800年3月20日他宣布发明了伏达电堆,这是历史上的神奇发明之一。

伏特发现导电体可以分为两大类,第一类是金属,它们接触时会产生电势差;第二类是液体(在现代语言中称为电解质),它们与浸在里面的金属之间没有很大的电差。而且第二类导体互相接触时也不会产生明显的电势差,第一类导体可依次排列起来,使其中第一种相对于后面的一种是正的,例如锌对铜是正的 ,在一个金属链中,一种金属和最后一种金属之间的电势差是一样的,仿佛其中不存在任何中间接触,而第一种金属和最后一种金属直接接触似的。

伏特最后得到了一种思想,他把一些第一种导体和第二种导体连接得使每一个接触点上产生的电势差可以相加。他把这种装置称为“电堆“,因为它是由浸在酸溶液中的锌板、铜板和布片重复许多层而构成的。他在一封写给皇家学会会长班克斯的著名信件(用法文写的)中介绍了他的发明,用的标题是《论不同导电物质接触产生的电》。

电堆能产生连续的电流,它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大,因此开始了一场真正的科学革命。阿拉果在1831年写的一篇文章中谈到了对它的一些赞美:“……这种由不同金属中间用一些液体隔开而构成的电堆,就它所产的奇异效果而言,乃是人类发明的的最神奇的仪器。”他描述了当时所知道的一切情况,我们必须记住,在1831年,电流还没有什么重要的实际应用。

 

伯爵称号

 

伏特最伟大的成就(伏达电堆)是在他达到相当高龄(五十五岁)时得到的,它立即引起所有物理学家的欢呼。1801年他去巴黎,在法国科学院表演了他的实验,当时拿破仑也在场,他立即下令授予伏特一枚特制金质奖章和一份养老金,于是伏特成为拿破仑的被保护人 ,正如二十年前,他曾经是奥地利皇帝约瑟夫二世的被保护人一样。

1804年他要求辞去帕维亚大学教授而退休时,拿破仑拒绝了他的要求,赐予他更多的名誉和金钱,并授予他伯爵称号。拿破仑倒台后,伏特使自己与归国的奥地利人和睦相处,没有发生多少麻烦。因此他安然地度过了那个激烈变化的历史时期,无论是谁当权,他都受到了尊敬,同时他对政治毫不关心,只专心于他的研究。

 

晚年生活

 

伏特在完成了电堆工作后,实际上就从舞台上消失了。对他发现的利用完全落在其他人身上。他可能是年纪太大了,无法再与年青的新生力量竞争,也可能在心理上受到了他以前的巨大成就的阻碍。他没有脱离过学校,他的工作可能太个人化了,他的著作与教学中缺乏正规的数学,可能限制了他表达自己思想的能力。

伏特最后的八年是在他的坎纳戈别墅和科莫附近度过的,他完全过一种隐居的生活。1827年3月5日,伏特去世,终年八十二岁。为了纪念他,人们将电动势单位取名伏特。

 

伏特

 

电势差:电场中两点间电势的差值叫做电势差,也叫电压。

定义:电荷在电场中一点A移动到另一点B时,电场力所做的功WAB与电荷电量q的比值WAB/q叫做A B两点间电势差,用UAB表示,即UAB=WAB/q

通常用字母U代表电压,电压的单位是伏特(volt),简称伏,符号是V。

强电压常用千伏(KV)为单位,弱小电压的单位可以用毫伏(mV)或微伏(μv)。

它们之间的换算关系是:

1kV=1000V

1V=1000mV

1mV=1000μv

在一根均匀的、温度和宽度恒定的导线上假如有一安培电流流动,那么导线的电阻在一定的距离内可以将电能转化为热能。这个距离之间的电压差就被定义为一伏特:

在国际单位制中安培是基本电学单位,伏特的SI定义是以安培和力学单位瓦特导出的。 依据国际单位制的基本电学单位安培,伏特定义为:"在载荷1A恒定电流的导线上,当两点之间导线上的功率耗散为1W(1W=1 J/S)时,这两点之间的电位差"。

毫伏特是能够以毫伏计量的灵敏伏特计量单位,电流的单位是安培,电阻的单位是欧姆,电压的单位是伏特。

此单位是以发明电池的意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字命名的。

 

伏特是国际单位制中电压的单位,符号V。

在一根均匀的、温度和宽度恒定的导线上假如有一安培电流流动,那么导线的电阻在一定的距离内可以将1瓦(W)电能转化为热能(1J/s)。这个距离之间的电压差就被定义为一伏特:

此单位是以发明电池的意大利物理学家——亚历山德罗·伏特的名字命名的。

 

定义

 

在国际单位制中安培是基本电学单位,伏特的SI定义是以安培和力学单位瓦特导出的。 依据国际单位制的基本电学单位安培,伏特定义为:“在载有1A恒定电流的导线上,当两点之间导线上的功率耗散为1W(1W=1 J/S)时,这两点之间的电位差”。

以基本单位定义时,为:m2 · kg · s−3 · A−1. 也可定义为单位库仑电荷的能量, J/C。

 

利用约瑟夫森结的定义

可以产生一伏特的约瑟夫森结芯片阵列

 

自1990年起国际间利用约瑟夫森结的实验来实测一伏特的量值,此实验配合转换系数约瑟夫森常数,即可量测一伏特,约瑟夫森常数在18世纪的国际度量衡大会订定,其数值如下:

K{J-90} = 2e/h = 0.4835979 GHz/µV.
一般而言此实验都是使用数千或上万的约瑟夫森结阵列,用10至80GHz的微波(依实验设计不同而不同)做为激发讯号。

 

电的水力类比

 

有时会用水的管路系统来说明电路,称电的水力类比。在水力类比中,电压(电位差)可以类比为水压差,而电流会类比为水在管路特定位置的体积流率,是由管路的宽度(可类比为电导率)及管路二端子的水压差(可类比为电压)决定。

在欧姆式导体中,导体两端电压和流过导体的电流会成正比关系,欧姆定律就在说明上述的关系。

 

常见电压

 

以下是一些常见电压源的电压:

神经细胞的静息电位:大约 −75 mV。

一颗可充电的NiMH或NiCd电池:1.2 V。

水银电池:1.355 V。

一颗不能充电的碱性电池:1.5 V。

可充电的LiFePO4电池:3.3 V。

可充电的锂离子聚合物电池:3.75 V。

TTL电源:5 V。

PP3电池:9 V。

车辆的电力系统:标准电压12 V,放电时约11.8 V,充电时约12.8 V,若在车辆行进中的充电电压,可以到13.8–14.4 V。

家用电源:欧洲、亚洲、非洲为230 V,北美为120 V,日本为100 V,台湾为110 V,此处所列的电压均为交流电压的RMS值(其他国家的电源,请参考家用电源列表)。

卡车或货车的电源:24 V DC。

城市轨道交通系统的第三轨供电:电压依国家不同,由500 V DC到1500 V DC不等。

铁路的接触网供电:交流电压RMS值25kV,频率为50或60Hz。

输电系统的高压电缆:RMS值最小110 kV,最大1.15 MV。

闪电:多半在100 MV左右。

 

上述的电压源若提供交流电,其列的电压值是以RMS值为准,若一个中心值为0的弦波电压,其峰值电压会是RMS电压的倍。

 

伏特的历史

 

在19世纪时,路易吉·伽伐尼发现死青蛙的肌肉接触火花时会颤动,认为电是存在生物体内,亚历山德罗·伏特不认同他的看法,也开始从事有关电的研究。亚历山德罗·伏特发明了伏打电堆,是第一个现代的化学电池,可以提供稳定的电流,亚历山德罗·伏特也发现了在电堆两极的金属为锌及银时,产生电力的效果最好。在19世纪80年代时国际电工协会,也就是现在的国际电工委员会(IEC),确立伏特为电动势的单位。当时伏特的定义是一个流过一安培电流的导体,其功率消耗为一瓦特时,导体二端的电位差。

在1893年时,国际上将伏特定义为克拉克电池(Clark cell)电动势的1/1.434。在1908年时,由于国际上已改以欧姆及安培来定义伏特,因此不再使用上述的定义,不过相关的设备在1948年才不再使用。

在使用约瑟夫森结来做为伏特的基准前,国际上的实验室使用一种称为标准电池的特殊电池做为伏特的基准,美国在1905-1972年时使用一种特殊设计的标准电池,称为韦斯顿电池。

 

电子伏特

 

电子伏特(electron volt),简称为电子伏,缩写为 eV ,是能量的单位。代表一个电子(所带电量为-1.6×10-19库仑)经过1伏特的电场加速后所获得的动能。电子伏与SI制的能量单位焦耳(J)的换算关系是

1 eV = 1.60217653(14)×10-19 J (Source: CODATA 2002 recommended values)
[编辑] 电子伏特与质量爱因斯坦提到能量等同于质量,即有名的能量转换公式E=mc2 (1千克= 90拍它焦耳)。这在粒子物理中的使用,质量和能量常可互换,使用eV/c² 或甚至直接使用 eV 做为质量的一个单位。(后者的使用时机,把光速C设为不具单位的 1 。)

例如,一个电子及一个正电子(电子的反粒子),都具有质量大小为 511 keV ,能对撞毁灭以产生 1.022 MeV 的能量。质子,一个标准的重子,具有质量 0.938 GeV 。

1 eV/c² = 1.783 × 10−36 kg

1 keV/c² = 1.783 × 10−33 kg

1 MeV/c² = 1.783 × 10−30 kg

1 GeV/c² = 1.783 × 10−27 kg

1 TeV/c² = 1.783 × 10−24 kg

 

若做个比较,核爆中带电粒子的能量范围约在 0.3 至 3 MeV 。大气中分子的能量约为 0.03 eV 。

将粒子的能量从电子伏特转换到凯氏温度时,要乘以 11,605 (请看玻尔兹曼常量)。

1.5V 的二号电池1

 

电池

 

电池,旧有与狭义上的定义是将本身储存的化学能转成电能的装置,较新与广义上的定义是指将机械能以外的能量转成电能的装置(将机械能转成电能的装置叫发电机)。其他名称有电瓶、电芯。

电池中一个单元的结构叫做 “Cell”,称为电池或单电池;内部有多个电池并连或串连的结构叫做“Battery”,称为电池或电池组。市售一般干电池其实构造上是“Cell”但英文上习惯称“Battery”,汽车用铅酸电池与方形9V电池则是真正的“Battery”。

 

电池发展史

 

电池的历史可以追逐的两千多年前的古伊拉克时代。是在首都巴格达发现的素烧的陶壶。它是一种使用铜和铁的电池。 考古者发现的物品被认为是至今发现的最早的电池证据。 而现代真正作为化学能的储藏体,根据人们的需要可控制地放出电能的装置,首先是被亚历山特罗‧伏特发明并制作出来的,当时称为Volta Pile(伏打电堆)。

1.5V 的二号电池2

 

化学电池

 

化学电池、电化电池、电化学电池或电化学池是指通过氧化还原反应,把正极、负极活性物质的化学能,转化为电能的一类装置。与普通氧化还原反应不同的是氧化和还原反应是分开进行的,氧化在负极,还原在正极,而电子得失是通过外部线路进行的,所以形成了电流。这是所有电池的本质特点。经过长期的研究、发展,化学电池迎来了品种繁多,应用广泛的局面。大到一座建筑方能容纳得下的巨大装置,小到以毫米计的类型。现代电子技术的发展,对化学电池提出了很高的要求。每一次化学电池技术的突破,都带来了电子设备革命性的发展。世界上很多电化学科学家,把兴趣集中在做为电动汽车动力的化学电池领域。

 

干电池和液体电池

 

干电池和液体电池的区分仅限于早期电池发展的那段时期。最早的电池由装满电解液的玻璃容器和两个电极组成。后来推出了以糊状电解液为基础的电池,也称做干电池。

现在仍然有“液体”电池。一般是体积非常庞大的品种。如那些做为不间断电源的大型固定型铅酸蓄电池或与太阳能电池配套使用的铅酸蓄电池。对于移动设备,有些使用的是全密封,免维护的铅酸蓄电池,这类电池已经成功使用了许多年,其中的电解液硫酸是由硅凝胶固定或被玻璃纤维隔板吸附的。

各种电池

 

一次性电池和可充电电池

 

一次性电池

 

一次性电池(Primary Battery)俗称“用完即弃”电池,因为它们的电量耗尽后,无法再充电使用,只能丢弃。常见的一次性电池包括:

锌锰电池—电压约1.5V,电池容量较低,能输出的电池也较低,几乎被碱锰电池所取代,唯独是不会在长期存放后漏出有害腐蚀液体,所以仍被使用于低用电量同时需长期使用的装置,例如钟、红外线摇控等。

碱锰电池—电压约1.5V,电池容量及输出的电池较锌锰电池高,但不及镍氢电池,长期存放后漏出有害腐蚀液体。

锂电池Li—电压约3V,电池容量及输出的电池极高,可以存放十年仍有相当电力,但价钱较贵。

其他的一次性电池包括有锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。市面有出现一种破解碱锰电池极限的"恢复器",号称可以恢复碱锰电池的电量。

目前已知的全球第一个电池

 

可充电电池

 

可充电电池又称二次电池(Secondary battery)、蓄电池。可充电电池按制作材料和工艺上的不同,其优点是在充电后可多次循环使用,它们可全充放电两百多次甚至达1500次,充电电池的负荷力要比大部分一次性电池高。常见的类有型:

铅酸电池—电压约2,V容量低但可输出较大的功率、电池,常使用于汽车中作启动引擎用。

镍镉电池NiCd—电压约1.2V,有较强烈的记忆效应,而且容量较低,含有毒物质,对环境有害,现已被淘汰。

镍氢电池NiMH—电压约1.2V,有极轻微的记忆效应,容量较镍镉电池大(也比碱性电池大)。旧[镍氢电池]]有较大的自放电,新的镍氢电池自放电低至与碱性电池相约,而且可在低温下使用(-20℃),充电装置、电压与镍镉电池相同,已取代了镍镉电池,同时也可取代绝大部份碱性电池的用途。

锂离子电池Li-ion—电压约3.6、3.7V,容量较高、重量较轻,但价钱也较贵,常用于移动电话。

 

燃料电池

 

生物能电池原理燃料电池是一种将燃料的化学能透过电化学反应直接转化成电能的装置,与一般电化电池不同的是反应物不储存在电池内,只在反应时灌入电池。

燃料电池是利用氢气在阳极进行的是氧化反应,将氢气氧化成氢离子,而氧气在阴极进行还原反应,与由阳极传来的氢离子结合生成水。氧化还原反应过程中就可以产生电流。

燃料电池的技术包括了出现碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC),以及直接甲醇燃料电池(DMFC)等,而其中,利用甲醇氧化反应作为正极反应的燃料电池技术,更是被业界所看好而积极发展。

三用电表可以量测二点之间的电压

 

电池容量

 

可充电电池的容量单位为培小时(Ah),由于日常生活使用的电池也有容量相对较少,所以也有用千份培小时、也即安培小时(mAh)作单位。

 

太阳能电池

 

是一种直接将接收到的光能直接转成电能的装置,并不符合狭义上对电池的定义。

 

核电池

 

水启动电池 (Water-activated battery)

本身不含电解质,出厂时还不会产生电力,须待加入水之后,才让成份间的化学反应得以开始,并产生电力。

 

电 池(列表)

 

原电池 伏打电池、锌铜电池、碳锌电池、碱锰电池、镁锰电池、锌空气电池、氢氧电池
、锌汞电池(水银电池)、氧化银电池、锂电池、锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池、磷酸铁锂电池

蓄电池 铅酸蓄电池、镍镉电池、镍铁电池、镍氢电池、锂离子电池、锂离子聚合物电池、全钒氧化还原液流电池

燃料电池 碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池、DCFC直接碳燃料电池

其他 纽扣电池、太阳能电池、核电池

生物能电池原理

 

电池的回收

 

一节1号电池烂在地里,能使1平方米的土壤永久失去利用价值;一粒纽扣电池可使600吨水受到污染,相当于一个人一生的饮水量。

 

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