概述
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。
将不同的金属片插人电解质水溶液形成的电池,通称伏打电池。
当时科学家对于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,消除人们对于雷电的畏惧。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(1737~1798年)经常利用电击研究生物反应。1780年秋天,他无意间发现,即使在没通电源的情况下,剥下来的青蛙腿也会发生**的现象。后来经过10年的研究,在1791年终于发表成果。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,促使电池的发明。
关于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**,而此时起电机与青蛙腿之间并无导体连接。接着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复摇摆。如果将钩与台改换成同一种金属,就看不到这种现象。
j伏打和贾法尼的争辩:
意大利利帕维亚大学的物理学教授伏打(1745~1827年),反复重做贾法尼的实验,仔细观察后发现电并不是发生于动物组织内,而是由于金属或是木炭的组合而产生的。于是伏达完全不使用动物的组织,仅用不同金属相接触,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金属,提高实验效果,但是总无法产生连续不断的电流。
伏打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**来代替动物组织试验之,终于发现了电池的原理,做出了著名的伏达电堆与伏达电池。
贾法尼和伏打是朋友,贾法尼相当坚持自己的看法,伏打的反对意见促使贾法尼更进一步的研究,这一次他干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。贾法尼创造出动物电,导使电生理学的建立。
。伏打电堆与伏打电池:
伏打电堆是由几组圆板堆积而成,每一组圆板包括两种不同的金属板。所有的圆板之间夹放着几张盐水泡过的布,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。至于电堆的原理,伏打则认为是由于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,终于使尼克尔逊的窃取行为遭受学术界的唾弃。
当时的法国皇帝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。同时也颁发6000法郎的奖金和勋章给伏达,发行了纪念金币,而伏打也被作为电压的单位,直到现在我们还在引用。
伏打电池之后:
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。伏打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,伏打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于它,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。
本茨发明汽车 .
也许我们都听说过或见到过“本茨”牌小轿车。“本茨”牌小轿车就是以汽车的发明者卡尔·本茨的名字命名的。
1885年,卡尔·本茨造出了世界上第一辆装有四冲程汽油发动机的轻型三轮车,这要算是世界上最古老的汽车了。这辆汽车的试制成功,奠定了今天汽车工业的基础。
卡尔·本茨1848年生在德国,他的父亲在铁路上工作。年轻时,他曾在工业学校学习数学和机械。后来他又在工厂的工作中积累了许多实际操作的经验。1871年,本茨在曼德投资建立了工厂,并开始了对内燃机的研究。他是怎样开始对内燃机产生兴趣的呢?
原来,当时自行车已经发明。不过,那时的自行车和我们现在的自行车不同。那时的自行车的脚蹬是装在非常大的前轮上的,蹬起来非常费力。
本茨想:如果能把发动机装在自行车上,行动起来,就会既快又省力了。那个时候,欧洲已有一些国家利用蒸汽机来驱动船舶和火车。但由于蒸汽机非常笨重而且是燃料在汽缸外燃烧的外燃机,所以无法装在自行车和其他的轻型车辆上。
经过详细调查,本茨发现发动机中了除了蒸汽机之外,还有燃汽机。燃汽机是一种将汽缸中的易燃气体点火引爆,然后利用气体爆炸膨胀所产生的力量来推动汽缸中的活塞的内燃机。当活塞的运动通过连杆带动汽车的传动轴时,传动轴就会驱动车轮旋转起来。当时所用的易燃气体是煤气。
1878年,本茨制成了使用煤气的燃气机。紧接着,他又开始研究把发动机装在小型四轮和三轮车上。
由于燃气机需要制造装气体的装置,这个装置很大,所以无法装在轻装的车辆上。为了解决这个问题,本茨绞尽了脑汁。
一天,本茨听到了这样一件事,有人用汽油清除衣服上的污垢时,使得屋子里充满了汽油,当火苗接触到这些弥漫在屋子里的汽油时汽油发生了爆炸。本茨想,汽油既然有这么大的威力,可不可以将汽油用来代替煤气呢?这样,就不再需要装气体的装置,发动机的体积和重量就会得到很好的改善。在这之前,一位法国人曾制造过汽油发动机,但发现它的力量不大。本茨通过研究发现,蒸发后的汽油直接用在发动机中,是效率不佳的主要原因。本茨不断改变混杂在汽油中的空气比例,分析爆炸的强度。他发现,当压缩混合气体使其密度增加时,爆炸力就会随之增强。由此本茨成功地制造出了体积小、力量大的汽油发动机。但是这种内燃机因为只有一个汽缸,所以把它装在汽车上,汽车行驶起来很不平稳。
英国科学家克拉克发明了一项改进措施,就是在一台内燃机中装上两个汽缸。当一个汽缸处在回复阶段时,让另一个汽缸爆燃做功,两个汽缸交替做功,使输出的动力均匀起来。本茨采用了这种方法,制成了四冲程的内燃机。
1885年,本茨首次成功地将内燃机与车轮结合在一起。他把他制造的汽油发动机装在了三轮车上。
到1885年的秋天,本茨所制造的汽车已能以每小时12公里的速度稳定地行驶了。由于它用汽油内燃机作动力,所以被人们叫做汽车。这就是世界上第一辆汽车。
托勒密的“地心说"
公元127年,年轻的托勒密被送到亚历山大去求学。在那里,他阅读了不少的书籍,并且学会了天文测量和大地测量。他曾长期住在亚历山大城,直到151年。有关他的生平,史书上少有记载。
在古老的宇宙观中,人们把天看成是一个盖子,地是一块平板,平板就由柱子支撑着。
在公元前四到三世纪,对于天体的运动。希腊人有两种不同的看法:一种以欧多克斯为代表,他从几何的角度解释天体的运动,把天上复杂的周期现象,分解为若干个简单的周期运动;他又给每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道,或者是一个球形的壳层,他认为天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动,并且用27个球层来解释天体的运动。到了亚里士多德时,又将球层增加到56个。另一种以阿利斯塔克为代表,他认为地球每天在自己的轴上自转,每年沿圆周轨道饶日一周,太阳和恒星都是不动的,而行星则以太阳为中心沿圆周运动。但阿利斯塔克的见解当时没有人表示理解或接受,因为这与人们肉眼看到的表观景象不同。
托勒密于公元2世纪,提出了自己的宇宙结构学说,即“地心说”。其实,地心说是亚里士多德的首创,他认为宇宙的运动是由上帝推动的。他说,宇宙是一个有限的球体,分为天地两层,地球位于宇宙中心,所以日月围绕地球运行,物体总是落向地面。地球之外有9个等距天层,由里到外的排列次序是:月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天,此外空无一物。各个天层自己不会动,上帝推动了恒星天层,恒星天层才带动了所有的天层运动。人居住的地球,静静地屹立在宇宙的中心。托勒密全面继承了亚里士多德的地心说,并利用前人积累和他自己长期观测得到的数据,写成了8卷本的《伟大论》。在书中,他把亚里士多德的9层天扩大为1l层,把原动力天改为晶莹天,又往外添加了最高天和净火天。托勒密设想,各行星都绕着一个较小的圆周上运动,而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。他把绕地球的那个圆叫“均轮”,每个小圆叫“本轮”。同时假设地球并不恰好在均轮的中心,而偏开一定的距离,均轮是一些偏心圆;日月行星除作上述轨道运行外,还与众恒星一起,每天绕地球转动一周。托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景,却较为完满的解释了当时观测到的行星运动情况,并取得了航海上的实用价值,从而被人们广为信奉。
;天体模型的特点
托勒密的天体模型之所以能够流行千年,是有它的优点和历史原因的。它的主要特点是:一、绕着某一中心的匀角速运动,符合当时占主导思想的柏拉图的假设,也适合于亚里士多德的物理学,易于被接受。
二、用几种圆周轨道不同的组合预言了行星的运动位置,与实际相差很小,相比以前的体系有所改进,还能解释行星的亮度变化。
三、地球不动的说法,对当时人们的生活是令人安慰的假设,也符合基督教信仰。
在当时的历史条件下,托勒密提出的行星体系学说,是具有进步意义的。首先,它肯定了大地是一个悬空着的没有支柱的球体。其次,从恒星天体上区分出行星和日月是离我们较近的一群天体,这是把太阳系从众星中识别出来的关键性一步。
托勒密本人声称他的体系并不具有物理的真实性,而只是一个计算天体位置的数学方案。至于教会利用和维护地心说,那是托勒密死后一千多年的事情了。教会之所以维护地心说,只是想歪曲它以证明教义中描绘的天堂人问地狱的图像,如果编纂教义时流行着别的什么学说,说不定教会也会加以利用的。所以,托勒密的宇宙学说同宗教本来并没有什么必然的联系。