伏打电堆

１８００年３月２０日，意大利教授伏打发明了世界上第一个发电器——伏打电堆，也就是电池组，开创了电学发展的新时代。

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说到伏打电池的发明还有一段有趣的故事。这要从电流的发现者伽伐尼说起，伽伐尼是伏打的好朋友，他是一名解剖学家和生物学家，他的妻子因健康原因要经常吃蛙腿。１７８０年的一天，伽伐尼把青蛙剥皮后，放在靠近起电机旁的桌子上。当他妻子偶然拿起电机旁的外科手术刀时，刀尖上了蛙腿外露的小腿神经，蛙腿抽动起来，好像活的一样。她把这件事告诉了伽伐尼。伽伐尼重复了这个试验，他把蛙腿放在玻璃板上，用两把叉子，一个叉尖是铜的，另一个叉尖是铁的，去碰蛙腿的神经和肌肉，生碰一下，蛙腿就引缩一次。

为了探究这个现象的原因，伽伐尼选择了各种不同的条件，重复这个实验。开始，伽伐尼用铜丝把青蛙与铁窗相连，在雨天和晴天作实验，青蛙的腿都痉挛。接着，他只用铜丝去接触蛙腿，蛙腿却不发生痉挛。后来，他找了一间封闭的房间将青蛙放在铁板上，用铜丝去触它，结果和以前一样，又发生了收缩，这就排除了外来电的可能性。伽伐尼选择不同的日子，不同的时辰，用各种不同的金属多次重复，总是得到相同的结果，只是在使用某些金属时，收缩更强烈而已。

后来他又用各种不同的物体来做这个实验，但用诸如玻璃、橡胶、松香、石头和干木头代替金属，都不出现这个现象。

进一步的实验使伽伐尼认为蛙的神经中有电源，很可能是从神经优越性到肌肉的特殊电流质引起的“动物电”。

伽伐尼的实验使许多科学家感到惊奇。伏打在１７９２－１７９６年重复伽伐尼的实验时发现，只要有两种不同金属互相接触，中间隔以湿的硬纸、皮革或其他海绵状的东西，不管有没有蛙腿，都有电流产生，从而否定了动物电的观点。伏打认识到蛙腿收缩只是放电过程的一种表现，两种不同金属的接触才是电流现象的真正原因。

根据各种金属接触的实验结果，伏打列出了锌－铅－锡－铁－铜-银－金的次序，这就是著名的伏打序列。其中两种金属相接触时，位于序列前面的都带正电、后面的带负电。

１８００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串联起来，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。

人们为了纪念他们的功绩，就把这种电池称为伽伐尼电池或伏打电池，并把电压的单位用“伏特”来命名。  

能量的两种来源

1800年，伏打认为，锌片和铜片放在盛有盐水或稀酸的杯中，构成的原电池都是“具有取之不尽，用之不完的电”。

之后，亥姆霍兹认为，所有伏打电池的能量来源都是化学能。虽然稀硫酸确实会和Zn、铁等发生反应，但是，这些金属与盐水都不能发生反应。

确实，正如亥姆霍兹所言，锌片和铜片放在盛有稀酸的杯中，电能主要是来自化学能。但是，当电解质是盐水时，难道是空气中的氧气参与进来，形成的氧化还原反应？

我们学校材料院的同学专门做了个实验：将铜（阳极）-银（阴极）-稀硫酸（电解液）的伏打电池装置隔绝空气，外接电路的灵敏电流计依然显示：电流稳定，源源不断。而事先已将正负电极浸入过稀硫酸，保证去除掉了电极表面可能残存的金属氧化物等（铜锈等）。这种情形下，电能来自化学能的可能性被完全否定了！

那么，盐水做电解质时，能量是从哪里来的？