从伏特电池、安培定律到电报、电话

yinjun0806

雷雨时的闪电，或莱顿瓶的火花放电，都是瞬间的事。电虽然在动，但是太快了，很难去研究电流的效果。电池可以供应长时间的电流（直流电）。因此，电池的发明是电磁学上的大事。──这也就是为什么巴比伦电池这样令人惊讶。
　　
　　十八世纪欧洲人到处掠夺殖民地。当时也没有什么保护生态观念，殖民地出产的珍禽异兽，一股脑捉回家去。亚马逊河出产一种电鱼，能发出瞬间强电，电晕小动物。当然，电鱼也被捉回了欧洲。这引起了不少人研究「动物电」的兴趣，也就是动物的身体如何发电。1780年，意大利波隆大学教授加凡尼（Luigi Galvani, 1737 - 1789 ）发现了用电击死蛙之腿，可引起抽动。而蛙腿夹在不同金属（如铜、锌）间则可发出电来。与他认为这是「动物电」效果。
　　
　　1793年，加凡尼的朋友，比萨大学教授伏特(Alexandro G.A.A. Volta, 1745 -1827)把一块锌板，一块铜板放到舌头上下，而用铜丝将两板连结，他发觉舌头会感到咸味，而铜丝中有电流现象（如: 可使蛙腿抽动）。但不久他发觉这与「动物电」无干，因为若不用舌头，而用一片浸过碱水的纸板夹在铜、锌之间，也可生电流。而且，如果用多重的锌、纸、铜、锌、纸、铜、…，会得到更明显的电流(蛙腿抽动不止)。──这就是最早（如果不算巴比伦）的电池(碱性电池)。有了稳定的电源，电流的研究与应用才能展开。电压单位伏特(volt) 就是因纪念他的功劳而命名的。
　　
　　这种「伏特堆」(Voltaic pile)，很快被人仿效，越做越大(可以表演连续火花)，以后又有人加以改良，越做越精致。──直到现在，改良电池还是一门专业的学问。
　　
　　在伏特电池发明后没多久，就有人发现电流可以从溶液中通过。1800年，英国William Nicholson (1753-1815) 与Anthony Carlisle (1768-1840)，发现了电解现象，例如水可以被通过的电流被分解为氢与氧。此为电在化合中作用之线索，亦为电解、电镀之原理。但是把电镀技术改善到可以应用，则要到1835年的德国人西门子（Ernst W. Siemens，1816-1892，其弟William, 后来成为英国爵士，兄弟创办「西门子」公司，至今尚存。）──巴比伦的镀金物如果真是四千年前的电镀做成的，实在令人惊叹。
　　
　　然而，怎样「定量」(测定电流的大小)，还是不容易，当时有人想了各种方法（如利用电线之发热），又难又不准。
　　
　　电与磁之间，很早便被认为有些关连。记载中，有一间铁铺被雷电击中，铺中铁器都生了磁性。十八世纪以后，很多人在研究放电现象时，都注意到附近的磁针会动。1820年，丹麦哥本哈根大学教授奥斯特(H. C. Oersted, 1777-1851) 在演讲时表演电流生热，发现一根导线中的电流，会使附近的磁针偏向垂直方向，也就是电流可以产生「磁力」；越大的电流，这种现象越明显，而且，这种现象，不受纸板间隔的影响。这发现立时引起了很多人的兴趣。不久，便有人把导线绕成很多重的「线圈」，只要很小的电流，就能产生很大的磁力。线圈电流固可使小磁针转动，但如果是一个固定的大磁铁，线圈也会反向而动。──同年，德国人Christoph Schweigger(1779-1850)与Johann C. Poggendorff，就用这方法制成电流计。从此，电流成为物理（或工业）中测定最方便的量之一。这也就是为什么在公制中，先订电流单位「安培」，再订电量单位「库伦」之原因。
　　
　　法国物理学家安培(Andre Marie Ampere, 1775-1836) 立刻想到：所有磁性的来源，或许都是电流。他在1820年，听到奥斯特实验结果之后，两个星期之内，便开始实验。五个月内，便证明了两根通电的导线之间也有吸力或斥力。这就是电磁学中第二个最重要的定理「安培定律」：
　　
　　两根平行的长直导线中皆有电流，若电流方向相同，则相吸引。反之，则相斥。力之大小与两线之间距离成反比，与电流之大小成正比。
　　
　　（安培也写下了两小段电流作用力之量化描述，可以计算各种形状的电流间之力。如今这称为比奥─沙伐定律。Jean-Baptiste Biot, 1774-1862, Felix Savart 1791- 1841两人与安培几乎同时进行类似的实验）。
　　
　　公制中，用安培定律以定义电流单位「安培」：两个平行之同向同大小之电流，相距一公尺，若其相吸之力为2×10-7牛顿/公尺时，称之为一安培。这电流单位在使用上有其方便，例如一百瓦的电灯中的电流大约一安培。这2×10-7牛顿/公尺是很小的，故平常在两根电线中，相互之力不太容易察觉。──但做成线圈后，可以产生很大的力。
　　
　　以后，安培又证实了通了电流的筒状线圈之磁性，与磁铁棒完全一样。故他提出假说：物质之磁性，皆是由物质内的电流而引起的。这使「磁性」成为「电流」的生成物。（这也解释了为什么磁铁没有单极的）。──他后来被誉为「电磁学」的始祖(电与磁从此在物理中是分不开的)。他的名字，也成了电流的单位。
　　
　　安培早慧，但一生不幸。（童时亲见其父在法国大革命时上断头台，娶妻甚贤，
               
                 
                  
                  
                 
        

        

long327728

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