世界近代中期科技史-第9节

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　《电学史》的写作，1767年，他完成并出版了这一著作。在此著作中，他根　

据富兰克林所证明的中空带电导体里面的静电力等于零的环路定理，最先推　

导出了静电力的平方反比定律。1774年，普列斯特列在发现氧气后，曾进行　

了氢与氧的火花放电实验，这一实验是电学与化学相互渗透，从而产生了电　

化学这一新的边缘科学的最初的实验基础。　

　　　　　从60年代起，英国化学家卡文迪许也在他自己的实验内进行着与化学有　

关的电学实验。他进行过盐溶液的导电实验，并由此测定过盐溶液的导电系　

数，他也进行过富兰克林做过的证明环路定理的中空导体内没有电荷的实　

验，他也与普列斯特列一样，独立地证明了静电力的平方反比定律。　

　　　　　在英国之外，其他国家的电学也在最初的发展之中。1784—1785年间，　

法国物理学家库仑（1736—1806年）通过扭秤实验，对电的引力和斥力作了　

定量性的实验分析，验证了两个静止的点电荷之间的相互作用力的平方反比　

定律，即在两个静止的点电荷之间，它们的引力与距离的平方成反比：　

　　　　q　　q　

f　=　　　1　2　，其中f为两个点电荷之间的引力，q　　和q　　　　　　　为两个点电荷的电　

　　　　　　　2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　　2　

　　　　　
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定律，本来普列斯特列和卡文迪许也曾发现过，但是他们未进行充分的理论　

证明，也未建立起明确的数学模型，因此在库仑之前还不为人们所知。为了　

纪念库仑的这一贡献，这一定律后来被称为库仑定律，而“库仑”也就成了　

静电学中电量的度数单位。　

　　　　　在德国，青年数学家高斯（1777—1855年）在研究数学的同时，也进行　

了一些电学研究。他曾从库仑定律推导出另一定理：通过闭合面向外的电通　

量，是闭合面内电荷量的代数和的4π倍。这就是后来静电学中著名的高斯　

定理。库仑定律只能用来描述点电荷之间引力，而高斯定理则把库仑定律推　

广到描述任意曲面上连续分布的电通量与曲面内的电荷的代数和之间的关　

系。　

　　　　　由于环路定理、库仑定律及高斯定理的发现，静电学因此获得了较为坚　

实的理论基础。　



　　　　　（5）伽伐尼实验与伏打电池　

　　　　　18世纪中期，人们在非洲与南美等地的热带河流中，曾发现一种很怪的　

鱼，当你用手去抓它时，它能以一种类似“电击”的方式自卫，后来人们进　

一步发现，只是在用两只手同时碰它的头和尾部时，才受到电击。更有趣的　

是，这种鱼可用来给莱顿瓶充电。这说明，这种鱼的自卫方式确实是电击，　

是一种放电现象。后来，人们把这种鱼称为“电鳗”或“电妖鱼”。　

　　　　　电鳗的电击现象引起了意大利生物学家伽伐尼（1737—1798年）对动物　

体上的电现象的关注，当时，他正致力于动物解剖学研究。1780年，他偶然　

发现雷电使蛙腿肌肉发生抽搐，这一发现，引起了他的兴趣，以后几年内，　

他一直试图以实验再次证实这一发现。1786年9月20日，他进行了这样一　

个实验：他用莱顿瓶储存了一些用静电起电机产生的电荷，然后用莱顿瓶放　

电来刺激青蛙的大腿肌肉，发现同样能使肌肉抽搐。他认为，这可能是由于　

蛙腿肌肉本身含有一种像电鳗那样的“生物电”与莱顿瓶的放电相互感应的　

结果。　

　　　　　伽伐尼把他的实验告诉了他的朋友、物理学家伏打　（1745—1827年），　

伏打重复了这一实验，也得到了相同的结果。不过伏打认为，这并不是因为　

动物体内含有“生物电”的原因，而是在于两种导体接触的结果。后来，伽　

伐尼于1791年又发现，用两种不同的金属叉尖同时接触蛙腿，同样也能使它　

抽搐。同年，伽伐尼提出了动物组织中含有“动物电”的论断。　

　　　　　伽伐尼不仅初步从实验上证实了“动物电”的存在，更重要的是，它导　

致了电流的最初发现，直接推动了电学的发展，特别是导致了电化学的诞生，　

而伏打即是电化学的伟大开拓者。　

　　　　　伏打是18世纪末19世纪初的杰出的实验电学家之一，1762年起，17　

岁的他就开始致力于电学研究。1775年，他在格里凯起电机的基础上，发明　

了一种新的起电盘，这种起电盘既可产生正电荷，也可产生负电荷，而且所　

产生的电荷量要比格里凯起电机所产生的电荷量大。在实验电学研究中，伏　

打试图发明一种新的电源，以便获得稳定的电荷。为此，他对各种金属与非　

金属元素的电势进行了实验分析，于1792年发表了一个最早的各种不同的金　

属的电势顺序表。　

　　　　　当伏打正致力于各种金属的电势的实验测定时，伽伐尼把自己的实验告　

诉了他。1792—1796年间，伏打多次重复了伽伐尼实验，得到了与伽伐尼同　


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样的结果。不过他认为，实验中所产生的电荷，并不在蛙腿肌肉本身，而在　

于两种金属的接触。因为他在实验中发现，当两种金属接触时，若在两种金　

属之间隔些溶液或湿物，也能产生微弱的电荷，这是伏打的一项重要发现，　

他决定以此为基础，进行他多年来希望进行的发明一种稳定电源实验。　

　　　　在最初的实验中，伏打用半碗半碗的盐水依次将一连串的金属连接起　

来，他发现这种装置能产生一定的电流。正是在这种最初的实验中，伏打发　

现了“锌—铅—锡—铁—铜—银—金”等各种主要金属的电势序列。后来，　

他觉得这种装置很不方便，于是把各种金属做成一些小圆片，而金属中间的　

间隔物则用一些同样形状的浸透盐水的厚纸片来代替，然后依次按照铜片、　

纸片、锌片；铜片、纸片、锌片这样一组一组地叠起来。1800年，新的装置　

制成了，当伏打把铜片的一端与锌片的一端用导线连接起来时，果然从中获　

得了连续而稳定的电流。这就是伏打发明的第一个化学电源。后来，伏打为　

了进一步提高他的电源的电量，他对他的电源作了一些新的改进，他将一块　

铜板与一块锌板直接浸在盛有盐水溶液的溶器中，将作为正极的铜板与作为　

负极的锌板用导线连接起来，同样得到了连续而稳定的电流。伏打最初把他　

的这种电源称为“伽伐尼电池”，以纪念他的朋友伽伐尼。后来，人们为了　

纪念伏打，把这种电池称为“伏打电池”或“伏打电堆”。　

　　　　伏打电池是人类获得的第一个稳定的电源。伏打电池的发明，第一次把　

化学转变为电能，从而揭示出了电学与化学之间的联系，推动了电学与化学　

之间的相互渗透，并正式宣告了电学与化学的交互作用产生的一门新兴的边　

缘学科——电化学的诞生。伏打电池的发明，是电学发展与化学发展交互作　

用的结果，而伏打电池发明之后，它反过来又推动了电学与化学的发展，而　

自电化学诞生之后，电学与化学都进入了19世纪的高速发展时期。伏打电池　

的发明，首次揭示出了电能与化学能之间的内在联系，这就为后来的能量守　

恒和转化定律的发现进一步奠定了实验基础。因此，它对18世纪的僵化自然　

观念是又一次打击，而对于19世纪的辩证自然观的形成，也是一个重要的开　

端。　



　　　　　（6）电化学的奠基　

　　　　　当伏打实验的新的化学电源的消息报道在英国传播后，这一新的发明即　

引起一个青年化学家的重视，正是他，后来在伏打的电化学成就的基础上，　

从实验和理论两方面进一步为电化学的发展开辟了道路，他就是英国当时的　

青年化学家戴维（1778—1829年）。　

　　　　　1806年，戴维在已经进行的一些电化学实验基础上，写成了《论电的化　

学作用》的实验报告。同年，他又以此为题，在皇家家学会作了演讲。这一　

著名的演讲很快名扬欧洲大陆，刚刚称帝不久的拿破仑也决定授予戴维3000　

法郎奖金，以奖励他在电化学上的贡献。　

　　　　　1807年，戴维在电化学实验中又取得两项重大成就。其一，他在伏打电　

堆的基础上，制成了一个由250对铜片和锌片组成的能产生强大电流的巨型　

电堆；其二，他以这种巨型电堆为电源，成功地实现了对草木灰（碳酸钾）　

和苏打　（碳酸钠）的电解，从中发现了两种重要的新金属元素钾和钠。他并　

没有止步，仍试图以电解法寻找新元素。最初他曾试图以钾为还原剂，对生　

石灰、重晶石、苦土进行电解，以图从中寻找新元素，但经过多次实验，均　

以失败告终。戴维又设法寻找新的实验方法，一方面，他对电堆再次进行改　


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革，制出了一种由五百对铜板和锌板组成的更大的电堆；另一方面，戴维在　

瑞典化学家贝齐力乌斯的来信中受到启示，采用了一些新的电解法，终于在　

1808年6月成功地实现了对生石灰、重晶石、苦土及锶矿石的电解，发现了　

钙、钡、镁、锶四种新的金属元素。　

　　　　　戴维在实验电化学方面的贡献是巨大的。首先，他制成了新的能产生强　

大电流的伏打电堆，从而为电化学实验找到了强大的电源。其次，他在贝齐　

力乌斯的启示之下改进了电解方法，成功地电解了一些在过去被当作元素的　

化合物，并相继发现了钾、钠、钙、钡、镁、锶这些新的金属元素。正是从　

电源与电解两方面，戴维为电化学的发展进一步奠定了实验基础。　

　　　　　戴维在进行实验电化学研究的同时，即进行电化学的理论探索。如同他　

后来的助手法拉第（1791—1867年）所说过的那样，他的电化学理论十分庞　

杂，但他的电化学理论还是有特色的，这就是他的电化学理论集中在电的化　

学效应上。　

　　　　　早在拉瓦锡的化合物结构理论中，就曾有对于化学亲和力的一种朦胧的　

二元论见解。后来，德国物理学家和化学家格罗杜斯（1785—1822年）也曾　

在电解实验中研究过化合物的结构理论。戴维在研究了他们的理论后认为，　

物质在溶液中被电解时，电流把物质分解为带阳电与带阴电的两部分，带阳　

电的部分被阴极吸引，而带阴电的部分被阳极吸引，可见，物质是由两部分　

构成的，而把它们结合在一起的化学亲和力，即为它们之间的静电引力。这　

就是戴维的二元论的电化学说。　

　　　　　戴维以他的二元论的电化学为基础，对化学变化的本质进行了探讨。他　

认为，化学变化的本质是电变化，他说：“化学变化是由电变化引起的。除　

此之外，我再没有别的假说了。”　

　　　　　戴维以他的二元论的电化学说为基础，对物质的化学结构理论也进行了　

探讨。他认为，不同的原子在相互接触时，即产生相互感应，并随即在相互　

感应中分别带上相反的电荷，这样就使得它们在静电力引力作用下结合在一　

起。　

　　　　　戴维的二元论的电化学说的基本要点，是认为原子的电势起源于原子的　

接触。不同的原子在相互接触中产生相反的电荷，相反的电荷就会使不同的　

原子相互结合。因此，接触理论是戴维的二元论的电化学说的基本特色。正　

因为如此，所以戴维的二元论的电化学说后来又被称为接触学说。此后，戴　

维的接触学说被贝齐力乌斯进一步发展为极化学说，从而形成戴维——贝齐　

力乌斯的二元论的电化学说。　

　　　　　1809年，戴维在多次改进伏打电池的基础上，试制成功一种用2000多　

组伏打电池组成的强大电源，并利用弧光放电的原理，发明了一种光照耀眼　

的弧光灯，又称为电弧灯。它是在电灯发明之前，人们首次获得的一种足以　

驱逐黑暗的强大光源。电弧灯的发明，使戴维的科学荣誉达到了他一生的顶　

峰。1812年4月8日，英国王子授命在伦敦的威斯敏斯特广场为戴维举行隆　

重的授爵仪式，授予他以“勋爵”称号。1817年，戴维又以发明“矿用安全　

灯”而被授予“伦福德勋章”，1820年，他被选为英国皇家学会主席。　

　　　　　自戴维之后，电化学取得迅速的进步，而实验电学即以电化学和此后由　

法拉第等人开创的电磁学