Открытия гальвани и вольта сообщение
Обновлено: 13.05.2024
Лягушка, препарированная для опытов с электрофорной машиной и лейденской банкой. Рисунок из трактата Гальвани.
Схема опыта по изучению атмосферного электричества. Детектором служит лягушачья лапка, нерв которой соединен с громоотводом, а мышца соединена через проводник с водой в колодце. Рисунок из трактата Гальвани.
В 1801 году в Париже произошло яркое событие, неоднократно описанное историками науки: в присутствии Наполеона Бонапарта состоялось представление работы "Искусственный электрический орган, имитирующий натуральный электрический орган угря или ската" с демонстрацией модели этого органа. Наполеон щедро наградил автора: в честь ученого была выбита медаль и учреждена премия в 80 000 экю. Все ведущие научные общества того времени, включая Петербургскую академию наук, изъявили желание видеть его в своих рядах, а лучшие университеты Европы были готовы предоставить ему свои кафедры. Позднее он получил титул графа и был назначен членом сената Королевства Италия. Имя этого человека хорошо известно и сегодня, а различные варианты искусственных электрических органов, имитирующих натуральные, выпускаются в миллиардных количествах. Речь идет об Алессандро Вольте и его изобретении - Вольтовом столбе, прообразе всех современных батарей и аккумуляторов. Какое отношение имеет Вольтов столб к электрическим органам рыб - об этом позже, а пока обратим внимание на то обстоятельство, что демонстрация проводилась с подчеркну той помпезностью и при большом стечении народа.
Вольтов столб предположительно давал напряжение 40-50 вольт и ток менее одного ампера. Что же именно должен был показать Вольта, чтобы поразить всеобщее воображение? Представьте, что не Вольта, а вы стоите перед Наполеоном с полным ящиком самых лучших батареек и хотите продемонстрировать с их помощью что-нибудь эффектное. Лампочек, моторчиков, плееров и прочая нет еще даже в идее. Грубо говоря, куда Вольта мог засунуть свои батарейки?
Электрофорная машина к тому времени давно известна, лейденская банка изобретена более чем за 50 лет до этого. Все связанное с искрами, треском, светящимися наэлектризованными шарами, одновременным подпрыгиванием от электрического удара большой группы людей уже не раз демонстрировалось и не вызвало даже малой доли таких почестей и наград. Почему же триумф выпал на долю Вольтова столба?
По-видимому, секрет успеха заключался в том, что Вольта повторил перед Наполеоном опыты по оживлению отрезанных членов с помощью малых количеств электричества. "Я делал их не только над лягушками, но и над угрями и над другими рыбами, над ящерицами, саламандрами, змеями и, что важнее, над мелкими теплокровными животными, именно над мышами и птицами", - писал ученый в 1792 году, в самом начале исследований, приведших в итоге к великому изобретению. Представьте себе разнообразные отрезанные части различных животных, лежащие совершенно недвижно, как и подобает отрезанным членам, из коих вытекла жизненная сила. Малейшее прикосновение Вольтова столба - и плоть оживает, трепещет, сокращается и содрогается. Были ли в истории науки опыты, более потрясающие воображение?
Но все знают, что идея этих опытов принадлежит отнюдь не Вольте, а Луиджи Гальвани. Почему же он не был осыпан почестями в первую очередь или по меньшей мере рядом с Вольтой? Причина отнюдь не в том, что Гальвани к тому времени уже скончался, - будь он жив, наполеоновская награда, скорее всего, досталась бы Вольте. Да и не в Наполеоне дело - в последующие годы не он один возвышал Вольту и принижал Гальвани. И на то были свои резоны.
УПРЯМЫЙ "ЛЯГУШАТНИК"
Из учебников физики о Луиджи (или, в латинизированной форме, Алоизии) Гальвани известно примерно следующее: итальянский врач, анатом и физиолог конца XVIII века; на явление, получившее название "опыт Гальвани", он наткнулся случайно и не смог правильно объяснить, поскольку исходил из ложной гипотезы о существовании некоего животного электричества. А вот разобраться в явлении и создать полезное устройство на его основе смог физик Алессандро Вольта.
Казалось бы, картина ясная: анатом резал лягушек (а что еще умеет делать анатом?), случайно наткнулся на то, что лапка дергается под действием тока, и ничего не понял - не физик, куда ему понимать суть вещей. Вольта, физик, все тщательно повторил, все правильно объяснил и даже подтвердил практикой. А то, что анатом и врач то ли из упрямства, то ли по недомыслию продолжал настаивать на своем, окончательно плохо его характеризует.
Непонятно, почему человечество оказалось столь благосклонным к этому врачу, что присвоило его имя и токам проводимости, и целой области физики, и прибору для измерения тока, и важнейшему технологическому процессу электрохимического нанесения металлических покрытий, и даже изобретенным Вольтой источникам тока. Ни с одним из самых известных физиков - ни с Ньютоном, ни с Декартом, ни с Лейбницем, ни с Гюйгенсом, ни с любимцем классической физики Джеймсом Клерком Максвеллом - не связано такое количество терминов.
Но вот что забавно: когда речь идет об областях не физических, термины, связанные с именем Гальвани, вполне респектабельны и устойчивы: гальванотерапия, гальваническая ванна, гальванотаксис. Если же дело касается физики, то на всякий гальванический термин есть термин антигальванический: не гальванометр, а амперметр; не гальванический ток, а ток проводимости; не гальванический элемент, а химический источник тока. Чем ортодоксальнее учебник физики, тем меньше вероятность встретить в нем не только какое-либо упоминание научных заслуг Гальвани, но и гальваническую терминологию. Официальные власти империи сэра Исаака Ньютона, или "цеховики", как называл их Гёте, явно отказывают в гражданстве Луиджи Гальвани, но кто-то постоянно пишет на стенах храма науки его имя и напоминает о его существовании.
Путь, который привел Вольта к созданию его изобретения, начинается со знаменитых опытов Луиджи Гальвани[59], который открыл иную возможность получения электричества, нежели с помощью электризации трением. Почему же он не был осыпан почестями в первую очередь или по меньшей мере рядом с Вольтой? Причина отнюдь не в том, что Гальвани к тому времени уже скончался, — будь он жив, наполеоновская награда, скорее всего, все равно досталась бы Вольте. Да и не в Наполеоне дело — в последующие годы не он один возвышал Вольту. И на то были свои резоны. Это долгая и интересная история. Расскажем ее вкратце.
Известность Гальвани принесли опыты по изучению мышечного сокращения. В 1771 году он открыл феномен сокращения мышц препарированной лягушки под действием электрического тока, о чем мы сказали в первой главе. А вот как это произошло в описании, приведенном в книге К. Фламмариона: «Все, конечно, помнят знаменитый бульон из лягушек, приготовленный для г-жи Гальвани в 1791 году. Гальвани женился на хорошенькой дочери своего бывшего профессора Лючии Галеоцци и нежно любил ее. Она заболела чахоткой и умирала в Болонье. Врач предписал ей питательный бульон из лягушек, кушанье очень вкусное, надо заметить. Гальвани непременно пожелал приготовить его собственноручно. Сидя на своем балконе, он очистил несколько штук лягушек и развесил их нижние конечности, отделенные от туловища, на железную решетку балкона при помощи медных крючков, употреблявшихся им при опытах. Вдруг он заметил с немалым удивлением, что лапки лягушек конвульсивно содрогаются каждый раз, когда случайно прикасаются к железу балкона. Гальвани, бывший в то время профессором физики в Болонском университете, подметил это явление с редкой сметливостью и вскоре открыл все условия для его воспроизведения.
Из-за блокировщика рекламы некоторые функции на сайте могут работать некорректно! Пожалуйста, отключите блокировщик рекламы на этом сайте.
История изобретения гальванического элемента
Важнейшим шагом вперед в развитии учения об электрических и магнитных явлениях было изобретение первого источника постоянного тока - гальванического элемента. История этого изобретения начинается с работ итальянского врача Луиджи Гальвани (1737-1798), относящихся к концу xviii в.
Гальвани интересовался физиологическим действием электрического разряда. Начиная с 80-х гг. xviii столетия, он предпринял ряд опытов для выяснения действия электрического разряда на мускулы препарированной лягушки. Однажды он обнаружил, что при проскакивании искры в электрической машине или при разряде лейденской банки мускулы лягушки сокращались, если к ним в это время прикасались металлическим скальпелем.
3аинтересовавшись наблюдаемым эффектом, Гальвани решил проверить, не будет ли оказывать такое же действие на лапки лягушки атмосферное электричество. Действительно, соединив один конец нерва лапки лягушки проводником с изолированным шестом, выставленным на крыше, а другой конец нерва с землей, он заметил, что во время грозы время от времени происходило сокращение мускулов лягушки.
Для подтверждения этого вывода Гальвани проделал подобный опыт в комнате. Он взял лягушку, у которой спинной нерв был соединен с медным крюком, и положил ее на железную дощечку. Оказалось, что когда медный крючок касался железа, то происходило сокращение мускулов лягушки.
Почему же все-таки в опыте Гальвани мускулы лягушки регистрируютпротекание электрического разряда? Что является в данном случае источником электричества? Вольта предположил, что причиной электричества является контакт двух различных металлов.
Алессандро Вольта, познакомившись с работами Луиджи Гальвани и повторив их, заметил, что лапка лягушки начинала двигаться лишь тогда, когда к ней прикасались двумя разными металлами.
Тогда Вольта решил проверить подобное действие на себе. Он взял две монеты, сделанные из разных металлов, и положил их в рот: одну монету на язык, другую — под него. Соединив монеты тонкой проволокой, Вольта почувствовал кисловатый вкус, т. е. в монетах возникал электрический ток. Вольта продолжил опыт. Он положил друг на друга попеременно цинковые и серебряные кружочки, проложив между ними бумагу, смоченную солёной водой, и заметил, что если соединить верхнюю и нижнюю часть этого устройства проволокой, то по ней будет протекать электрический ток.
Началось с нечаянного наблюдения. На лабораторном столе лежала препарированная лягушка: задние ноги и позвоночник. Здесь же стояла электрическая машина. Помощник Гальвани задел скальпелем седалищный нерв лягушки. И вдруг нога задергалась, словно в сильной судороге. Это как будто совпало с получением искры на электрической машине: с ней в это время возился другой помощник ученого. Разве мог Гальвани не проверить того, что увидели его помощники? И вот затрещали разряды, засверкали искорки, а кончик скальпеля нет-нет да и дотронется до обнаженного нерва: нога дергается.
Нет искры — и сколько ни трогай нерв, нога лежит неподвижно.
Гальвани стал изучать это явление. Он трогал седалищный нерв то скальпелем, то деревянной палочкой, то просто пальцем, прикасался к нему и так и этак, при искорках и без них. И всегда он видел одно и то же: есть искра (электрический разряд) — и прикосновение скальпелем, проволочкой, железной палочкой вызывает подергивание ноги лягушки.
Не каждый день бывает гроза, а ученый нетерпелив. В ясный день Гальвани долго следил за развешанными во дворе лягушками, но они оставались неподвижными. Устав ждать, Гальвани начал прижимать к железным перилам балкона медные крючки, на которых были подвешены лягушки: крючки эти были воткнуты в спинной мозг. От такого прикосновения крючка к перилам ноги у лягушек дергались.
Опыт повторили в комнате. Лягушку положили на железную пластинку, в спинной мозг ее воткнули конец медного крючка. И всякий раз, как к этой пластинке прижимали крючок, нога дергалась — мышцы сокращались.
Множество всяких опытов проделал Гальвани с лягушками, стараясь раскрыть причину этого явления. В конце концов оказалось, что если введенный в спинной мозг лягушки крючок соприкасается с другим металлом, то ноги ее дергаются. Очевидно, в таком случае возникал ток, который и вызывал сокращение ножных мышц.
В нервах и мышцах лягушки есть собственное электричество, решил Гальвани после долгих раздумий. Разряд вызывается прикосновением металла, а результат его — сокращение мышц.
Получилось нечто вроде лейденской банки, скорее, даже целой батареи таких банок.
Открытие Гальвани очень заинтересовало физиков и физиологов. Оно привлекло внимание и профессора физики университета в Павии Алессандро Вольта.
Алессандро Вольта еще в ранней молодости увлекался физикой. Его первой научной работой была статья о лейденской банке (1769), следующей — о новой конструкции электрической машины. Затем последовал ряд изобретений: чувствительный электроскоп, водородная лампа и др.
Гальвани не согласился с таким объяснением замечательного явления. Он предпринял ряд новых опытов. Ему хотелось получить сокращение мышц без прикосновения металлов: ведь тогда объяснение Вольта потеряет свою силу. Проделав множество опытов над сотнями лягушек, он Добился своего: опыт удался. Перерезанный седалищный нерв был положен на одну из мышц задней лапки. И когда этот нерв прикоснулся к мышце, она сократилась. Теперь уже не приходилось ссылаться на металл: его не было. Перед наблюдателем лежала лишь препарированная лягушка. Этим опытом было положено начало электрофизиологии.
Вольта проделал много опытов, пропуская ток через самые разнообразные ткани и органы. Оказалось, что гладкие мышцы кишечника менее возбудимы, чем поперечнополосатые мышцы ноги или иной части тела, что прохождение тока через глаз человека вызывает ощущение вспышки света. Когда пропускался ток через язык, появлялось ощущение кислого или щелочного вкуса, смотря по тому, к каким частям языка прикасались два разнородных металла.
И всюду Вольта-физик видел одно и то же: живой организм лишь так или иначе отвечает на раздражение током, но и только. Гальвани-физиолог, наоборот, упорно отстаивал свою точку зрения: живые ткани организма сами являются источником тока.
Читайте также: