首页 >出版文学> 科学史及与哲学和宗教的关系(上)>第89章
1804年希辛格尔(Nisinger)与柏采留斯宣布中性盐溶液可用电流分解,酸基出现于一极,金属出现于另一极,因而他们断定:新生性的氢元素并不象以前所假想的那样,是金属从溶液中分离的原因。在当时所知道的金属中,有许多都用这个方法制备出来了,1807年,戴维更分解了当时认为是元素的碳酸钾与碳酸钠。他让强电流通过含水的这两种物质,而分离出惊人的钾与纳金属。戴维是康沃尔城(Cornwall)人,聪明、能干而又会讲话,他做了那时新成立皇家学院的化学讲师,他的讲演趣味丰富,吸引了许多人士参加。
化学化合物可以用电的方法来分解,说明化学力与电力之间是有联系的。戴维“提出一个假设,说化学的吸力与电的吸力同生于一因,前者作用在质点上,后者作用在质量上”。柏采留斯更将这看法加以发展。我们已经说过,他认为每个化合物都由带相反的电的两份结合而成,这带电的部分可能是一个或一群原子。
一个可注意的事实是分解的产物只出现于两极。早期的实验者已经注意到这现象,并提出各种不同的解释。1806年,格罗撤斯(Grotthus)设想这是由于溶液中的物质不断地在那里分解与复合,在两极间,互相邻接的分子互换其相反的部分,在这条联链的两端,相反的原子就被释放出来。
在电化学方面的最初发现以后,中间停顿了一个时期,到后来,大实验家法拉第(Michael
Faraday,1791-1867年)才重新拾起这问题来。法拉第是戴维在皇家学院实验室的助手与继承人。
1833年,法拉第在惠威尔的建议下,制定一套新名词,至今还在使用。他不用pole(极)这个字,因为它含有相引相斥的陈旧观念,而采用electrode(电极)(&&&s=路径)一词,将电流进入溶液的一端叫做anode(阳极),出来的一端叫做Cathode(阴极)。化合物的两部分,循相反的方向在溶液中行动的,叫做ions(离子)(io=我去);走向阴极的叫cations(阴离子),走向阳极的叫ani-ons(阳离子)。他又用electrolysis(电解)(0。一分解)一词来代表整个过程。
经过一系列的巧妙的实验,法拉第将复杂的现象归纳成为两个简单的结论,即我们所说的法拉第定律。(1)不管电解质或电极的性质是什么,由电解所释出之物的质量与电流强度及通电时间成比例,换句话说即与通过溶液的总电流量成比例。(2)一定量的流量所释出之物的质量与这物质的化学当量成比例.即不与原子量,而与化合量成比例,亦即与原子价除原子量的数值成比例;例如释放1克氢元素,必出现16+2即8克的氧元素。通过一单位电流所释出之物的质量叫做该物质的电化当量。例如1安培的电流(即C.G.S.单位的1/10)通过酸溶液1秒钟之后,即有1.044×10[-5]克的氢被释出来,如用银盐溶液即有0.00118克银分离出来。这样分离出来的银的重量很容易加以精确的秤量,所以后来竟把它作为电流的实用单位即安培的定义。
法拉第的定律似乎可以应用于一切电解情况;相同的一定电流量总是释放出单位当量的物质。电解必须看做是游动的离子在液体中带着相反的电到相反的方向去。每一离子带一定量的正电或负电,到电极时就释放离子,而失去电荷,只要电动力的强度可以胜过反对的极化力。后来赫尔姆霍茨说:法拉第的工作表明,“如果接受元素是由原子组成的假设,我们就不能不断定:电也分成一定的单元,其作用正和电的原子一样”。如此说来,法拉第的实验不但成为理论电化学及应用电化学以后的发展的基础,而且也是现代原子与电子科学的基础。
电流的其他性质
虽然早期实验者的注意主要集中在伽伐尼电流的化学效应上,他们也没有忽视其他现象。不久他们便发现;当电流通过任何导线时,就有热发生,多寡依照导线的性质而不同。这种热效应在现今的电灯、取暖等方面,有极大的实用价值。另一方面,1822年,塞贝克(Seebeck)发现两种不同金属联接成闭合线路时,在其接头处加热,便有电流发生。另外一个更有兴趣的现象是:电流具有使磁针偏转的力量。1820年,哥本哈根的奥斯特(Oersted)发现这一现象。他看见这效应穿过玻璃、金属和其他非磁性的物质而达到磁针。他还认识到,他或他的翻译者所谓的“电冲突”“形成圆圈”,按照我们现在的说法就是:在长而直的电流周围有圆形的磁力线。
人们,特别是安培(AndreMarie
Ampere,1775-1836年)立刻认识到奥斯特的观察结果的重要性,安培指出,不但磁针受了电流周围的力的作用,电流自己也互相发生作用。他用活动的线圈进行实验,来研究这些力的定律,并据数学证明:一切观察到的现象都符合以下的假设:每一长度为dl的电流元,必在其外面的一点上产生cdl
sin
O/r2的磁力,式内c表电流的强度,r是电流元与这一点之间的距离,O是r与电流方向之间的角度。这样,由电流所生的力又归结到平方反比的定律,因此就同万有引力及磁极间、电荷间的力一致了。这又是走向“场物理学”的另一步。
自然,这种电流元不能用实验分离出来,但是按照安培的公式,将所有电流单元的效应都加合起来,我们就能计算出电流附近的磁场。
根据安培的公式,我们也能算出磁场内的电流所受的机械力。在空气中磁极强度m所造成的磁力为m/r2,所以m=cdlsin
θ。在磁场H中。所受的机械力是Hm,所以在空气中安培的电流元所受的力为Hcdlsinθ。从这个公式计算实际电路上的机械力,不过是数学问题而已。