科学技術史における今日 | 1800年3月20日 科学者ボルタが人類史上初の電池を発明

偉大な科学者の特質の一つは、異常な現象に対する感受性と、決して諦めない粘り強さです。 1786年、イタリアの生物学者ガルヴァーニは、解剖したカエルの脚の露出した神経に誤って外科用メスで触れてしまいました。驚いたことに、カエルの足はすぐに激しくけいれんし始めました。その後、彼の友人であるイタリアの物理学者ボルタは、ガルヴァーニのカエルの足の実験に触発され、人類史上初の電池であるボルタ電池を発明しました。

1800 年 3 月 20 日、ボルタは自身の発明を説明した原稿をロンドン王立協会に送りました。ボルタ電池は、両端の金属線を接続して連続電流を得ることができる点で「ライデン瓶」よりも優れています。これは、今日広く使用されている現代のバッテリーの原型でした。ボルタ電池の発明により、人類は初めて比較的安定した電流を得ることができるようになり、さらなる探究の条件が整い、電気研究は定量的研究の現代的な段階に進みました。

ガルヴァーニは生体電気を発見した

1786年のある日、ガルヴァーニはカエルを注意深く解剖していました。彼は完全に集中し、細心の注意を払っていました。彼はまず手に持ったメスを使ってカエルの腹筋を正確に切り取り、次に研究のためにカエルの下肢の神経を注意深く探し出した。彼が別のカエルを解剖していたとき、近くで発電機が作動しており、メスが誤って発電機に触れてしまった。彼が再びカエルの神経を解剖しようとしたとき、これまで見たことのない現象が起こった。カエルの脚の筋肉が明らかにけいれんし始めたのだ。

この現象はガルヴァーニに大きな関心を呼び起こした。彼は最初、先ほどまで生きていて元気だったカエルがまだ完全に死んでいないのだと思った。その後、彼はついに、発電機、メス、そしてカエルの神経のけいれんの間に必然的なつながりがあることを発見した。彼は、空気中の電気がカエルの足に同じように反応するかどうかをテストすることにした。ガルヴァーニは、カエルの脚の神経の一端を絶縁された金属棒にワイヤーで接続し、金属棒を屋根の上に置き、カエルの脚の神経の他端を接地しました。彼は、雷雨のときにカエルの足が時々ピクピク動くことを発見した。

次に、ガルヴァーニは別の実験を行いました。カエルの脚の神経が入った真鍮のフックを鉄の棒にかけると、カエルの筋肉がピクピクと動き始め、この現象は晴れた日でも起こった。最後に、彼は2つの異なる金属を使って死んだカエルの筋肉と神経にそれぞれ触れ、2つの金属をつなげると、筋肉がピクピクと震え始めました。

これらの現象から、ガルヴァーニはカエルのけいれんが外部からの電流によるものだと気づいたはずだ。しかし、生体電気現象の研究に常に熱心だったガルヴァーニは、カエルの生体電気が外界と回路を形成していると信じていました。したがってガルヴァーニは、電気エネルギーは生きた筋肉から発生すると結論付けました。異なる特性を持つ2つの金属がカエルの神経と筋肉の間に回路を形成し、彼はこの電気を「生体電気」と名付けました。

◆ボルタは人類史上初の電池を発明した

1799年、45歳になったボルタは、ガルヴァーニの影響を受けて「生体電気」の研究を続けることを決意した。

ボルタは、銅の輪の上に金属の亜鉛の輪を置き、塩水に浸した紙やウールの輪でそれを押し、さらにその上に別の亜鉛の輪と銅の輪を置きました。彼はこのプロセスを繰り返し、10 個、20 個、または 30 個のリングを積み重ねて柱状にし、明らかな電流を発生させました。これは後世の人々がボルタ電池と呼んだものです。

柱を高く積み重ねるほど、電流は強くなります。ボルタは実験を通じて、電位差に関する驚くべき理論を確立しました。異なる金属が接触すると、表面に反対の電荷が現れ、つまり電圧が発生するのです。彼はまた、アルミニウム、亜鉛、錫、カドミウム、アンチモン、ビスマス、水銀、鉄、銅、銀、金、プラチナ、パラジウムという順序も発見しました。この順序でいずれかの金属が後ろの金属と接触すると、前にある金属は常に正に帯電し、後ろにある金属は負に帯電します。これは世界初の電気元素表でした。電位差、つまり電圧がある限り、電流は流れます。こうして、人々の電気に対する理解は、静電気の領域を一気に超えて飛躍したのです。それはもはや、摩擦毛皮の電気、雷雨の電気、ライデン瓶の電気、あるいは単に動物の電気ではなく、「電気の流れ」を制御する能力でした。

1800 年 3 月 20 日、ボルタは公式に次のように発表しました。「電荷は水のように電線内を高電圧の領域から低電圧の領域へと流れ、電位差である電流を生成します。」この目的のために、彼は「異種金属材料の接触によって励起される電気について」と題する論文を書き、ロンドン王立協会に送りました。残念なことに、当時王立協会の事務担当秘書だったニコルソンによって、この論文は故意に棚上げされてしまった。その後、ボルタはそれを自分の名前で出版し、最終的にニコルソンの盗作は学界から非難されることになった。

その年の11月20日、フランス皇帝ナポレオンは電池の実験を直接見るためにボルタをパリに召喚した。興奮したナポレオンは直ちにフランスの学者たちに大規模な関連実験を行うための特別委員会を設置するよう命じ、ボルタに6,000フランの賞金とメダルを授与した。ヴォルタの肖像をメインに描いた記念金貨も発行した。

◆科学界の電池研究開発への道

電池の発明は、科学界が電池の研究開発へと進むきっかけとなりました。

ボルタ電池は人類初の電池とみなすことができます。 1836 年、イギリスの科学者ダニエルは「ボルタ電池」を改良しました。彼は希硫酸を電解質として使用し、電池の分極問題を解決し、平衡電流を維持できる最初の亜鉛銅電池を開発しました。この電池は充電して繰り返し使用できるため、「蓄電池」と呼ばれます。

1887年、イギリスのヘレスンが世界初の乾電池を発明しました。電解液がペースト状で漏れがなく、持ち運びも簡単なため、広く使われました。

1890年、エジソンは充電可能な鉄ニッケル乾電池を発明し、電池の発明を新たな段階に導きました。

科学技術の発展により、乾電池は大きなファミリーに発展しました。現在までに、亜鉛マンガン乾電池、アルカリ亜鉛マンガン乾電池、マグネシウムマンガン乾電池、亜鉛空気電池、亜鉛水銀酸化物電池、亜鉛銀酸化物電池、リチウムマンガン電池など、100種類以上あります。これらの乾電池は、実際にはボルタ電池の改良版であり、塩化アンモニウムペーストが元の塩水に取って代わり、グラファイト棒が元の銅板の正極に取って代わり、外殻は亜鉛シートを電池の負極として使用しています。

ボルタは晩年までこう言い続けました。「ガルヴァーニのカエルの実験がなければ、ボルタ電流は存在しなかっただろう。ボルタ電流を使うときは、まずガルヴァーニを思い浮かべるべきだ。私の知性への扉を稲妻のように開いたのは、彼のカエルの実験だった。」