水的電解,是在曆史上第一個提供穩定連續電流的電源裝置──伏打電池於1800年誕生以後才實現的。伏打電池的發明歸功於兩位意大利科學家。一位是解剖學家和醫學教授伽伐尼(Galvani,L.1737-1798年),一位是物理學和化學家伏打。1780年,伽伐尼在一次解剖青蛙時有一個偶然的發現。一隻已解剖的青蛙放在一個潮濕的鐵案上,當解剖刀無意中觸及蛙腿上外露的神經時,死蛙的腿猛烈地抽搐了一下。伽伐尼立即重複了這個實驗,又觀察到同樣的現象。最初他以為蛙腿發生痙攣是“大氣電”作用的結果。後來他以嚴謹的科學態度,選擇各種不同的金屬,例如銅和鐵或銅和銀,接在一起,而把另兩端分別與死蛙的肌肉和神經接觸,青蛙就會不停地屈伸抽動。如果用玻璃、橡膠、鬆香、幹木頭等代替金屬,就不會發生這樣的現象。作為解剖學家的伽伐尼腦子裏總是想著肌肉和神經等,他想用動物體內有某種電來解釋,但這種“動物電”的解釋是含糊不清的。1789年他寫成了論文《關於電對肌肉運動的作用》,於1791年發表。
伏打讀到了這篇論文後,就多次重複了伽伐尼的實驗。作為物理學家,他的注意點主要集中在那兩根金屬上,而不在青蛙的神經上。伏打在此以前已經對電學作出不少貢獻。他曾經對已有驗電器進行改造,製成了一種能夠測微量電荷的驗電器。1775年,他在給普利斯特裏的信中描寫了一種起電盤裝置。對於伽伐尼發現的蛙腿抽搐的現象,他想這可能與電有關,但是他認為青蛙的肌肉和神經中是不存在電的,他推想電的流動可能是由兩種不同的金屬相互接觸產生的,與金屬是否接觸活動或死的動物無關。伏打用自己設計的精密驗電器,對各種金屬進行了許多實驗。這些實驗證明,隻要在兩種金屬片中間隔以用鹽水或堿水浸過的(甚至隻要是濕和的)硬紙、麻布、皮革或其它海綿狀的東西(他認為這是使實驗成功所必須的),並用金屬線把兩個金屬片連接起來,不管有沒有青蛙的肌肉,都會有電流通過。這就說明電並不是從蛙的組織中產生的,蛙腿的作用隻不過相當於一個非常靈敏的驗電器而已。
在1796年的一封信中,伏打把金屬(以及黃鐵礦等某些礦石和木炭)稱為第一類導體或幹導體,把鹽、堿、酸等的溶液稱為第二類導體或濕導體。他指出:把第一類導體與第二類導體相接觸,“就會引起電的擾動,產生電運動;至於這個現象的原因,目前還不清楚,隻能認為是一般的特性”。
伏打用了三年的時間,用把各種金屬兩兩搭配進行實驗的方法,研究兩種金屬接觸產生電的現象。他發現,一種金屬與某一種金屬接觸時帶正電,它與另一種金屬接觸時則可能帶負電。例如,鋅和銅接觸時鋅帶正電,銅帶負電;但銅若與金或銀接觸,則銅帶正電,金、銀帶負電。伏打以大量的實驗為基礎,發現了如下的金屬起電順序:
鋅-銅-錫-鐵-銅-銀-金-石墨-木炭
在序列中任何兩種相接觸,都是位序在前的一種帶正電,後麵的一種帶負電。這就是著名的伏打序列。
伏打將兩塊不同的第一類導體與浸有第二類導體溶液的濕布接觸,再用導線將這兩塊第一類導體連接起來,成一回路,便得到雖然微弱但很穩定的電流。他把這個裝置叫做伽伐尼電池。當把若幹個這種電池串接起來時,就能得到較強的電流。
例如,他把許多對(40對、60對)圓形的銅片和鋅片相間地疊起來,每一對銅鋅片之間放上一塊用鹽水侵濕的麻布片。這時隻要用兩條金屬線各與頂麵上的鋅片和底麵上的銅片焊接起來,則兩金屬端點就會產生幾伏的電壓。如果把銅片換成銀片,則效果更好。金屬片對數越多,電力越強。這樣產生的電流不僅相當強,而且非常穩定,可供人們研究和利用。後來人們對伏打發明的這種電源裝置叫做“伏打電堆”。1800年,伏打給英國皇家學會寫信,報告了他的電堆試驗。從此以後,電學的研究便活躍起來了。
不久,伏打發現當兩種金屬片之間的濕布慢慢幹燥了的時候,電堆產生的電流就漸趨微弱。於是他改用許多杯子,杯子都盛有鹽水或稀酸,每個杯中插入一對鋅和銅片,然後用金屬線把每個杯中的鋅片和另一杯中的銅處焊接起來,便得到經久耐用、電流更強的電池。這種裝置稱為“杯冕”。這就是曆史上第一具實用電池。
伏打電池的出現,是一項重大發明,它使人們第一次獲得了比較強的穩定而持續的電流,為科學家們從對靜電的研究轉入對動電的研究創造了物質條件,導致了電化學、電磁聯係等一係列重大的科學發現,加深了人們對光、熱、電磁、化學變化之間的關係的認識。伏打電池的發現還開辟了電力應用的廣闊道路,由於它的誕生,19世紀的第一年成了電氣時代文明生活的開端。