增補完材料梳理,王拓繼續落筆,完善其餘推導路徑:
第二年(1789年),深化理論突破,重點迴應歐洲學界可能提出的“靜電偏轉磁針為偶然現象”“伏打電堆產生的電流並非穩定持續”的雙重質疑,同時結合自身前世記憶,預判學界可出現的相關假說爭議。
前世在1789年前初,伽伐尼會推出“動物電”相關觀點,這一觀點若傳播開來,極易混淆學界對電流產生機理的認知,甚至可能阻礙伏打電堆與電磁關聯研究的推進,因此他提前佈局,在1788年實驗基礎上,同步設計對照實驗,為後續迴應爭議做好準備,避免陷入被動。
基於此,王拓在1789年推出第二份遞進式學術報告,核心圍繞三大學術重點展開,層層遞進、論據詳實:
其一,深化伏打電堆的學術論證與技術優化,破解電流穩定性難題。基於1788年基礎實驗,開展不同金屬組合、不同電解質型別的對比實驗,係統研究電極材料、電解質濃度對電流強度與穩定性的影響,初步探索並提出“金屬接觸電勢”的核心概念——明確不同金屬接觸時會產生電勢差,這是伏打電堆產生電流的核心機理,而非偶然現象;
同時初步梳理出“鋅-鉛-錫-鐵-銅-銀-金”的金屬活性順序(即伏打係列雛形),論證鋅與銅\/銀組合為何能產生更強、更穩定的電流,補充實驗資料對比表,量化不同組合的電流持續時長與強度差異,迴應歐洲學界對伏打電堆實用性的質疑。
此外,優化伏打電堆的結構設計,將單層金屬薄片改為多層疊加的模組化結構,改進絕緣密封工藝,清朝這邊采用杜仲膠與蟲膠混合塗層包裹電堆外層,歐洲那邊采用麻布浸優質油脂 蜂蠟塗層,有效減少電流泄漏,延長電流持續時間,同時簡化電堆的組裝與拆卸流程,方便兩地學者開展後續實驗,還補充了電堆的維護方法,解決實驗中常見的電極氧化、電解質失效等問題,讓伏打電堆從“可實現”升級為“可穩定複用”。
其二,提前預判並迴應會出現的“動物電”假說,嚴謹論證“金屬接觸生電”的核心理論,為後續學界爭論做好引導。
王拓憑藉前世記憶得知,伽伐尼在研究電對肌肉運動的作用時,大概率會在1789年提出“蛙腿抽搐源於動物自身神經中的‘動物電’”這一觀點,為避免該觀點誤導學界認知,他提前設計多組對照實驗,予以嚴謹佐證與合理迴應:
一組采用1788年發明的伏打電堆,去除任何動物組織,僅用銅-鋅電極 鹽水浸泡的麻布疊加,仍能產生穩定電流,驅動磁針偏轉,證明電流的產生與動物組織無關;
另一組以蛙腿為對照組,分彆用同一種金屬、不同種金屬接觸蛙腿,發現僅不同種金屬接觸時蛙腿纔會抽搐,且抽搐強度與伏打電堆產生的電流強度正相關,證明蛙腿並非“電源”,僅起到導電與電流檢測的作用。
王拓並未直接否定未來可能出現的“動物電”相關探索,而是通過實驗資料表明,“金屬接觸電”纔是驅動各類電現象的核心,既為後續伽伐尼相關觀點推出後提供了反駁依據,也體現了學術探討的嚴謹性,填補了當時學界對電流產生機理的認知空白。
其三,以優化後的伏打電堆為核心工具,開展精準的電流磁效應驗證實驗,推進電磁關聯假說的學術落地。
摒棄1788年靜電實驗的侷限性,利用伏打電堆產生的穩定持續電流,設計變數控製實驗:改變通電導線的材質、粗細、長度,以及導線與磁針的距離、夾角,觀察並量化磁針的偏轉角度,記錄實驗資料,論證電流磁效應的普遍性與規律性——明確電流強度越大、導線距離磁針越近,磁針偏轉角度越大,且通電導線周圍存在環形磁場的初步跡象,為“電流磁效應”假說提供堅實的實驗支撐,打破“電與磁孤立存在”的傳統認知,將電磁學研究從“靜電關聯”推向“電流關聯”的新階段。
與此同時,進一步優化銅絲拉絲工藝,將銅絲直徑打磨得更為均勻,提升導電效能;
清朝這邊,利用少量采購的南美生膠,結合本地杜仲膠,製作複合型絕緣層,適配優化後伏打電堆與精密導線的絕緣需求,進一步提升實驗精度;
歐洲那邊,學者可藉助本地精密鐵匠工坊,製作標準化的銅-鋅電極與銅絲,利用本地易得的葡萄酒發酵液、鹽水作為電解質,複刻所有優化實驗與對照實驗,確保學術結論的可複現性,進一步擴大歐洲學界的關注度與認可度。
此時清朝這邊,橡膠已從南美批量采購運抵,莊子工坊已掌握生膠熬製、提純技巧,可製作簡易橡膠絕緣層,替代部分鬆香蠶絲材料;鋅礦由福康安從歐洲采購,運至江南莊子熔鍊,保障電堆製作與優化實驗的需求。
第三年(1790年),聚焦理論量化優化,銜接前序機製研究,提出“磁場增強與線圈效應”假說。
撰寫第三份量化分析報告,明確“磁場強度與線圈匝數、電流大小成正比”的規律,用簡化文字公式描述關聯,提出“線圈纏繞天然磁石可強化磁場”的勵磁雛形;製作不同匝數的銅線圈,完成線圈磁場與天然磁石 線圈強化磁場的實驗,改進冶鐵與磁石打磨工藝,批量采購南美生膠,穩定絕緣材料供應,迴應歐洲學界關於“線圈磁場疊加原理”與“量化公式普適性”的質疑,進一步鞏固歐洲聲望,同時開始佈局人才吸納的前期準備。
清朝這邊,莊子內建立小型冶鐵工坊,煉製低含碳量的精密鋼軸,用於後續旋轉部件;磁石打磨工藝優化,製作出標準化馬蹄形磁石,磁場強度大幅提升;歐洲那邊,學者可藉助本地精密鐵匠工坊,製作不同匝數的銅線圈,磁石、銅絲等材料依舊沿用本地替代資源,確保實驗可複現。