生物电的发现和电池的诞生，本文主要内容关键词为：电池论文,发现论文,生物电论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
许多科学发现和发明是从“种瓜得豆”开始的！
一、对生物电的早期认识
公元前人们就知道大海中生活的一种鳐鱼触击发狂的精神病人能使病人安定下来。直到静电发生器和莱顿瓶（荷兰物理学家马森布洛克发明的世界上第一个蓄电器）相继问世之后，人们发现触摸鳐鱼的感觉和触摸莱顿瓶的感觉是一样的，以后就把能治精神病人的这种鳐鱼叫做电鳐。后来人们发现在淡水中生活的鳗鱼和鲟鱼也有带电的，分别把它们叫做电鳗和电鳍刺。
用实验方法研究生物电的第一位科学家是意大利内科医生和解剖学家——伽伐尼（Luigi Galvani）。1780年左右，他用莱顿瓶和旋转静电发生器的电刺激青蛙的腿和其他小动物的肌肉时发现动物的肌肉会收缩。这时他想到了美国科学家，富兰克林（Benjamin Franklin）在1752年用风筝把雷雨天云中的自然电引导到自己手里的钥匙上发出火花的试验。他也想把自然电引导到青蛙的腿上看看会发生什么现象。于是他把青蛙的腿穿上铜钩子在雷雨来临时挂在户外，在电闪雷鸣下他看到了青蛙腿的抽搐。在晴朗的天气他作同样的试验也观察到同样的结果。当他无意中把插着铜钩子的青蛙腿放到铁盘子里发现青蛙的腿抽搐的更加强烈。伽伐尼认为在他的实验中没有引入外来的电，青蛙的腿会抽搐是因为青蛙自身带电。当时他把这种电叫做“动物电”。后来他又多次用不同金属重复了他的实验，得出同样的结果。1791年伽伐尼发表文章公布了他的实验结果。他的结论是，动物本身内部存在着“动物电”，金属只起传导作用。
二、关于生物电的争论
这场争论是由伏打对伽伐尼的结论提出不同看法开始的。伏打（Alessandro Volta）是意大利的一位物理学家，也是伽伐尼的朋友。他立即重复了伽伐尼的实验。对伽伐尼的发现大为赞赏，称这一发现“在物理学和化学史上，足以称得上是划时代的伟大发现之一”。但是在后来的一系列实验中，他对伽伐尼的结论提出质疑。他认为电的来源不是动物本身而是金属与潮湿的东西接触产生的。动物的肌肉只是传导电，肌肉的收缩就象是一个验电器，表明“金属”接触产生了电。因此伽伐尼发现的电不应叫“动物电”而应叫“金属电”或“接触电”。
伏打的新观点一提出，学术界立即分成两派，一派赞成伽伐尼的观点，另一派赞成伏打的观点。德国科学家洪堡等人支持伽伐尼，法国科学家库仑等人支持伏打。两派在学术会议上和学术刊物上展开争论。有时还相当激烈。为了证明自己的观点，伏打用盐水或酸浸湿的纸板接触两种不同的金属都发现有电，他还确定了金属接触的序列为：
铝，锌，锡，镉，铅，锑，铋，汞，铁，铜，银，金，铂，钯；把前后两种金属搭配，一个带正电，一个带负电。
伽伐尼为了证明自己的观点，用木条或直接用手接触青蛙腿部的神经也观察到青蛙腿部肌肉的收缩。他坚持动物电的存在。
两位科学家的科学论战导致了科学认识的深入和科学的新发现。不同的观点并没有影响他们的友谊。伏打认为他的发现来自于伽伐尼实验的启发，他把青蛙的腿与铜和铁两种金属接触叫伽伐尼电池，为了把电池产生的电与伽伐尼的名字联系起来，特别造了一个词—galvanism。
从关于生物电的争论，我们得到如下启示：
质疑是生长新观点的温床，争论是证明新观点的动力，实验是新观点的公正裁判，
尊重是友谊的常青树。
三、伏打电池的诞生
伏打电池开启了人类的用电历史。
1800年，伏打用圆形的锌片和铜片作电极，在两电极之间填满浸过盐水或稀酸液的厚纸片制成了世界上第一个化学电池。在两电极之间用导线连上电阻就有稳定的电流流过。后来人们把伏打发明的这种电池叫做伏打电池。
1801年，拿破仑邀请伏打在巴黎的科学会议上演示他的电池，并奖给他一枚特制的金质奖章。伏打的名字从此名扬四海。现在用的电压单位—伏特（volt）就是由他的名字而来。
在伏打电池之前的静电发生器和莱顿瓶只能产生电火花或提供短暂的电刺激，对电的研究还停留在静电阶段。而伏打电池能提供较强的持续电流，对电的研究跨入动电阶段。伏打电池比法拉第发明的电磁感应发电机早出现31年，在人类用电史上是一个伟大的创举。伏打电池为化学电池的发展奠定了基础。现在用电解液的化学电池的基本结构仍然和伏打电池相同。
四、对生物电的近代认识
要证实生物电的存在，必须要确定生物电的电势和电流。这自然依赖于先进检测工具的出现。二十世纪初，阴极射线示波器和真空管放大器的发明，为电生理的研究提供了强有力的武器。
美国生理学家，伽森（Herbert Spencer Gasser）和爱里加（Joseph Erlanger）在阴极射线示波器的荧光屏上清楚地观察到神经和肌肉的电信号波。他们对这些电信号的电势和电流进行了定量的研究，提出神经纤维可按电信号传导速度细分为三组。他们的研究对存在生物电提供了最有力的证据。1922年他们发表了这些研究结果。鉴于他们对生物电研究的原创性贡献，1944年他们获得了诺贝尔奖。
生物电是如何产生的呢？目前有两种理论：一种理论认为组成生物体细胞的分子是带电的，这些带电分子组合起来后他们的电量一部分正负抵消了，一部分仍然显现电极性，这就是所谓的极化理论；另一种理论叫离子理论，指的是离子通过细胞膜时引起的电位。
生物电的电势通常在微伏到毫伏级的范围，只能用灵敏仪器才能检测到。生物体既是带电体也是导电体，神经受到任何刺激（电的，冷热的，机械的等）就会以电波的形式向大脑传递，大脑作出判断后把相应的指令再以电波的形式传递到肌肉作相应的反应。现在我们再来回顾一下伽伐尼的早期实验，尽管他对青蛙腿接触两种不同金属的电现象作了错误的解释，但用一种金属，木条，人手触及青蛙腿部神经引起青蛙腿部肌肉收缩来证明生物电的存在是正确的。应该说他是生物电和神经生理的早期探索者，为神经电生理学的建立做出了重要贡献。
生物电在医疗领域的应用已经很普遍。心电图就是把心脏活动的电信号记录下来。正常心脏和有病心脏的电信号是不同的，比较心电图纪录的电信号就能判定心脏是否正常。同样用脑电图也能帮助确定脑部的疾患。随着对生物电研究的深入，生物电的应用将会越来越广。
生物电和电池都“姓”电，他们有过历史的碰撞缘分，未来的缘分又是什么呢？