Nhà bác học Alessandro Volta: Cha đẻ của pin điện

Cuối thế kỷ 18 là thời điểm các nhà khoa học say mê nghiên cứu về điện. Trong đó phải kể đến thí nghiệm thả diều nổi tiếng của Ben Franklin nhằm thu điện từ tia sét vào năm 1752. Chai Leiden [hình thức ban đầu của tụ điện] được sáng chế năm 1746 có thể lưu trữ điện tích và phóng ra tia lửa điện. Bác sĩ khi ấy thường điều trị cho bệnh nhân bằng phương pháp sốc điện đối với tất cả các loại bệnh, bởi vì họ tin rằng việc đưa điện vào cơ thể một cách hợp lý sẽ khiến con người khỏe mạnh hơn. Tuy nhiên, các nghiên cứu sâu hơn về hiện tượng điện từ và nhiều thí nghiệm vật lý liên quan đến điện đòi hỏi phải có một thiết bị cung cấp dòng điện liên tục, không gián đoạn. Vấn đề này được giải quyết khi Alessandro Volta tạo ra pin điện đầu tiên.

Alessandro Volta sinh ra ở Como, Ý vào năm 1745, trong một gia đình quý tộc giàu có. Lúc còn nhỏ, Volta theo học tại một ngôi trường dành cho tu sĩ Dòng Tên ở địa phương. Các giáo viên của ông đã cố gắng thuyết phục ông trở thành một linh mục, trong khi gia đình lại muốn ông học luật. Nhưng Volta, vào năm 14 tuổi, biết sở thích thực sự của mình là vật lý. Giống như nhiều nhà khoa học thời đó, ông đặc biệt bị mê hoặc bởi điện.

Volta rời trường sớm và không theo đuổi việc học đại học. Ông tự nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của một người quen và đến năm 18 tuổi, ông tích cực trao đổi học thuật qua thư với các nhà khoa học tài năng trong lĩnh vực điện trên khắp châu Âu bao gồm Abbott Nollet ở Paris (Pháp) và Giambatista Beccaria ở Turin (Ý). Năm 1769, Volta viết một chuyên luận mang tên “Bàn về sự hấp dẫn của tia lửa điện”, trong đó ông đã giải thích về một số hiện tượng tĩnh điện.

Volta bắt đầu giảng dạy tại một trường học ở Como vào năm 1774, nơi ông tiếp tục tiến hành các thí nghiệm về điện. Năm 1775, ông đã sáng chế ra bản sinh điện, một dụng cụ cho phép tạo ra điện tích lớn thông qua ma sát và có thể truyền điện tích sang các vật thể khác. Vài năm sau, ông là người đầu tiên phát hiện khí methane (CH4) sủi bọt trong đầm lầy và có thể cô lập loại khí này. Volta trở thành giáo sư vật lý tại Đại học Pavia năm 1778.

Các thành tựu nói trên nhanh chóng khiến Volta trở thành nhà khoa học nổi tiếng. Nhưng đóng góp lớn nhất của ông cho khoa học là pin Volta, thứ ông đã sáng chế trong một cuộc tranh luận khoa học với Luigi Galvani .

Vào năm 1780, Galvani – một nhà giải phẫu học người Ý – tiến hành thí nghiệm với chân của những con ếch bị cắt rời vẫn đang nối liền với dây cột sống. Galvani treo chân ếch trên móc làm bằng đồng hoặc sắt. Ông phát hiện chân ếch co giật khi chạm vào một thanh kim loại khác. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra khi treo chân ếch trên hàng rào kim loại trong một cơn giông có sấm sét. Sau khi tiến hành nhiều quan sát, Galvani tin rằng mình đã phát hiện một dạng điện mới, được tạo ra bởi cơ bắp của con ếch. Ông gọi nó là “điện sinh vật”. Kết quả nghiên cứu của Galvani được giới khoa học thời bấy giờ chấp nhận rộng rãi.

Mặc dù Volta ban đầu tỏ ra khá thích thú với những kết luận của Galvani, nhưng ông cho rằng các cơ của những con ếch chỉ đơn giản là phản ứng với điện, không phải tạo ra điện. Ông bắt đầu các thí nghiệm để chứng minh Galvani sai, làm dấy lên một cuộc tranh cãi gây chia rẽ cộng đồng khoa học nước Ý.

Volta miệt mài tìm hiểu nguồn điện đã sinh ra từ đâu để làm chân nhái co giật. Ông phát hiện dòng điện sinh ra khi có sự tiếp xúc của hai kim loại khác nhau bên trong một dụng dịch muối. Trong thí nghiệm của Galvani, dung dịch muối tồn tại bên trong cơ thịt của chân nhái. Ông kết luận, các kim loại tạo ra dòng điện, không phải cơ thể của ếch. Những dụng cụ đo đạc trong thế kỷ 18 không thể phát hiện dòng điện yếu, vì vậy Volta – một người theo chủ nghĩa thực nghiệm – đặt các tổ hợp kim loại khác nhau trên lưỡi của mình. Kết quả, nước bọt trong miệng ông [giống như mô của những con ếch] dẫn điện và tạo ra vị đắng khó chịu.

Để chứng minh việc dòng điện tạo ra không cần dùng đến mô động vật, Volta đã xếp chồng những tấm nhỏ hình tròn làm bằng bạc và kẽm lại với nhau thành từng cặp. Giữa chúng được ngăn cách nhau bằng lớp vải ngâm nước muối. Khi dây kim loại được nối với cả hai đầu của thiết bị, một dòng điện ổn định đã chạy trong dây dẫn. Volta nhận thấy các cặp loại kim loại khác nhau tạo ra lượng điện nhiều hay ít, và ông có thể tăng cường độ dòng điện bằng cách lắp thêm các tấm kim loại bạc, kẽm. Đây chính là thiết kế pin đầu tiên của nhân loại được gọi là pin Volta.

Năm 1800, Volta công bố sáng chế của mình về pin [một nguồn cấp điện ổn định] tại Hội Hoàng gia London trước sự thán phục của nhiều nhà khoa học trên khắp châu Âu.

Pin là một thành công lớn của Volta. Nó không chỉ khiến cộng đồng khoa học đứng về phía ông trong cuộc tranh luận với Galvani mà ngay lập tức được công nhận là một thiết bị hữu ích. Năm 1800, William Nicholson và Anthony Carleway sử dụng dòng điện tạo ra bởi pin để thực hiện thí nghiệm điện phân, tách nước thành hydro và oxy. Vào thập niên 1830, Michael Faraday sử dụng pin trong những nghiên cứu đột phá về điện từ. Nhiều nhà phát minh khác cải tiến thiết kế ban đầu của Volta, và chẳng mấy chốc pin đã được dùng để cung cấp năng lượng cho máy điện báo và chuông cửa.

Năm 1801, tại Paris (Pháp), Volta trình bày thí nghiệm tạo ra pin Volta trước sự chứng kiến của Napoleon Bonaparte, người đã phong hiệu bá tước cho Volta. Không lâu sau đó, Volta được mời tới Pháp và giảng dạy tại Viện Hàn lâm Khoa học Pháp về các nghiên cứu điện học. Thậm chí trong nhiều bài giảng của ông có sự theo dõi của Napoleon.

Việc sáng chế ra pin mang lại cho Volta tiếng tăm lừng lẫy, nhưng ông dường như thích một cuộc sống yên bình hơn nên sớm từ bỏ hầu hết các nghiên cứu khoa học và công việc giảng dạy. Ông sống những năm cuối đời trong một ngôi nhà ở vùng nông thôn. Ông qua đời ngày 5/3/1827, thọ 82 tuổi. Sau khi qua đời, chân dung Volta đã được in trên các tờ tiền và tem để tưởng nhớ đến công lao của ông. Tên ông được dùng để đặt cho đơn vị điện thế, volt (V).