جريان الكتريكي، حوزه‌ي الكتريسيته را به‌ كُلي متحول كرد. اين تحول غالباً مديون دو دانشمندِ ايتاليايي است: لوييجي گالواني (1798-1737) و الكساندرو آنتونيو ولتا (1827-1745). گالواني يك پزشك بود كه درباره‌ي فيزيولوژي اعضاي بدن انسان، مانند كليه و گوش‌ها تحقيق مي‌كرد. شهرت او به‌دليل كشف تصادفي‌اش در هنگام بررسي‌ِ ماهيچه‌هاست. يكي از اهداف گالواني در دانشگاه بولونيا درك تأثير الكتريسيته بر بدن حيوانات بود، به همين دليل آزمايشگاهش به انواع وسايل الكترواستاتيک مجهز بود. داستان‌هاي مختلفي درباره‌ي چگونگي كشف مهم او در حين سخنراني درباره‌ي پاهاي قورباغه وجود دارد.

    ولتا سمت چپ و گالواني سمت راست

گالواني مشاهده كرد كه هر زمان كه برق به پاهاي قورباغه متصل شود، پاهاي قورباغه منقبض مي‌شود. او به اين نتيجه (درست) رسيد كه اين انقباض‌هاي به دليل وجود الكتريسيته است، اما نتيجه‌گيريِ ديگري نيز داشت كه نادرست بود. او دريافته بود كه الكتريسيته‌ي مشاهده شده، ناشي از بدن حيوان است. به همين دليل، آن را «برقِ حيواني» ناميد. گالواني نتايجِ كار خود را در سال 1791 منتشر كرد. ايده‌هاي او توسط بيشتر دانشمندانِ زمانش، پذيرفته شد. نمایش گرافیکی آزمایش گالوانی، پاهای قورباغه هنگام تماس با یک جفت الکترود شامل دو فلز مختلف، منقبض می شود.

مشاهدات گالواني توسط فيزيكدان‌ِ ايتاليايي، الكساندرو ولتا، دوباره مورد بررسي قرار گرفت. در آغاز قرن نوزدهم، سال 1800، ولتا اين فرض صحيح را بيان كرد كه پاهاي قورباغه، فقط يك محيط حساس هستند كه برق را نشان مي‌دهند و منبعِ اين برق، جاي ديگري است. سپس براي تأييد فرضِ خود، آزمايشي طراحي كرد كه انقلابي در تمدنِ تكنولوژيك ايجاد كرد. او به‌جاي تماس دادن دو پاي قورباغه با صفحاتِ فلزهاي متفاوت، صفحه‌هاي فلزي را در محفظه‌اي حاويِ محلول آب و نمك، غوطه‌ور كرد. 

متوجه پديده‌اي ميانِ دو صفحه فلزي شد كه ما امروزه آن را اختلاف پتانسيل مي‌ناميم. هنگامي كه ولتا به هر فلز، يك سيم متصل كرد و سر سيم‌ها را به هم تماس داد، جرقه‌اي زده شد. جداي از جرقه كه يك پديده‌ي الكترواستاتيكيِ شناخته شده بود، او پديده‌ي تازه‌اي را هم مشاهده كرد: شاره‌ي الكتريكيِ فرانكلين، به‌طور دائمي از يك صفحه به صفحه‌ي ديگر «شارش» مي‌كرد. اين كشف، تمدن امروزيِ ما را شكل داد.

سپس ولتا فكر كرد كه با بستنِ بيش از دو صفحه به يكديگر به‌صورت سري، مي‌تواند اختلاف پتانسيل بيشتري توليدكند. در نهايت براي اينكه حمل ظروفِ حاوي محلول دست و پاگير نباشد، به‌جاي محفظه‌هاي آب و نمك از تكه‌هاي مقواي خيسانده شده در محلول آب و نمك استفاده كرد. او بااستفاده از صفحاتِ دايره‌اي فلزي و تكه‌هاي مقوا و سوار كردن آنها روي يكديگر، ستوني ساخت كه به دليل ظاهرش به‌نامِ «پيل  الكتريكي» شناخته مي‌شد. اين وسيله، پيشروي باتري‌هاي امروزي است كه ما در چراغ قوه‌ها و ساير وسايل قابل حمل استفاده مي‌كنيم. در اصطلاحِ امروزي، صفحاتِ فلزي را الكترود مي‌نامند كه توسط فارادي نام‌گذاري شد) و هر يك جفت صفحه را با الكتروليت ميانشان، "عنصر سلول" نام‌گذاري مي‌كنند. ولتاژ باطري‌ها، بسته به نوع فلزات و الكتروليت، حدود 3/1 تا 2 ولت است. رايج‌ترين باطري‌ها، داراي 6 عنصر سلول هستند.
 یک باتری مربوط به دهه ی 1880، دارای بیست عدد عنصر سلول روی-کربن (موزه ی گالیله)

اختراعِ باتري، اتفاق مهمي بود، زيرا براي چندين دهه قبل از اختراع ژنراتور برق توسط مايكل فارادي (و قابليت‌هاي تجاري آن!)، مطالعات الكتريكي بر اين دستگاه استوار بود. اما ولتا مي‌خواست عميقاً پديده‌ي توليد برق به‌وسيله‌ي يك واكنش شيميايي را درك كند. او در تلاش براي تفسير آزمايش گالواني درباره‌ي منشأ توليدي باتري‌ها، اشتباهي مرتكب شد. او فرض كرد كه برق هميشه منشأ خارجي دارد. گالواني سعي مي‌كرد ثابت كند كه انقباض عضلات، نه فقط در حين تماس با دو فلز، بلكه هنگام تماس با يك فلز و يا يك عصب از عضله‌ي ديگري هم اتفاق مي‌افتد. نتايج آزمايشات او با فرضيات ولتا همخواني نداشت، به همين دليل اين موضوع براي سال‌ها حل نشده باقي ماند. گالواني در سال 1798 در حالي درگذشت كه هنوز اعتقاد داشت «برق حيواني» وجود دارد. در سال‌هاي بعد معلوم شد كه هم نظر گالواني و هم نظر ولتا، در يك مورد درست و در موردي ديگر نادرست بود. در واقع، عضلات به عنوانِ ميله‌هاي الكتريسيته عمل مي‌كنند. همان‌طور كه ولتا به‌درستي حدس زده بود. اما الكتريسيته مي‌تواند منشأ داخلي و خارجي داشته باشد. اين منشأ هنگامي خارجي است كه اختلاف پتانسيل ميانِ دو قطعه‌ي فلزِ غوطه‌ور در محلول الكتروليت ظاهر شود و هنگامي داخلي است كه عضله، برق را از سلول‌هاي عصبيِ زنده دريافت كند.

 آزمايش مهم ولتا و متعاقباً اختراع باتري و جريان برق، به يكباره اتفاق نيفتادند. بلكه نتيجه‌ي تلاش‌هاي بسيار و دستاوردهاي مهم ابتدايي بودند. به‌عنوان مثال، ولتا اولين دستگاه الكتريسيته‌ي ساكن را توسعه داد و آن را «الكتروفروس » ناميد. اصول ابتداييِ اين دستگاه، بعدها مبنايي براي ساخت وسايل پيچيده‌ي الكتريكي توسط جيمز ويمشرست بريتانيايي (1903-1832) و رابرت وان دوگراف آمريكايي (1967-1901) در قرن بيستم شد. ولتا همچنين در حوزه‌ي شيمي تحقيقاتي را به‌انجام رساند. او وسيله‌اي به‌نام آب‌سنج اختراع كرد كه يك محفظه‌ي بسته بود و مقدار واكنش‌دهنده‌ها و فراورده‌ها را با دقت بالايي اندازه مي‌گرفت. او گاز متانِ ايزوله شده را نيز اختراع كرد. اما قابل ذكر است كه او پس از اختراع باتري، ديگر تحقيقاتي كه نتايج مهمي دربرداشته با شد به انجام نرساند.

مترجم: مریم درودیان
منبع: evolution of concepts in physics
 

منابع مفيد:

Voltaic Pile

Alessandro Volta

Luigi Galvani

خازن -۱

خازن - ۲

القاگر

مسابقه‌ي فيزيک فعاليت‌هاي علمي رشد