Care au fost experimentele lui Volta? Allesandro Volta și primul generator electrochimic (stâlpul Volta)
Luigi Galvani (1737-1798) om de știință italian, a absolvit Facultatea de Medicină a Universității din Bologna și i-a devenit profesor, iar mai târziu profesor, iar din 1780 a studiat nervii și mușchii animalelor.
Chiar și înainte de experimentele lui Galvani, se știa că mușchii broaștei se contractă (se contractă) atunci când o sarcină electrică este trecută prin ei. La mijlocul secolului al XVIII-lea, mulți erau pasionați de experimente cu electricitate, iar Galvani nu a făcut excepție. Pe biroul lui stătea o mașină electrică, prin rotirea mânerului căruia se putea încărca diverse obiecte și produce scântei electrice mari. În timpul experimentelor sale, Galvani a observat că mușchii broaștei s-au contractat când scânteile de la o mașină electrică au fulgerat. A fost surprins că mușchii s-au contractat când nu au atins aparatul. Deci, electricitatea poate călători prin aer? Iar în 1786, Galvani a început o serie de experimente, hotărând să studieze efectul electricității atmosferice, care se formează pe vreme de furtună, asupra mușchilor broaștei.
A atârnat picioarele broaștei de barele de fier ale balconului casei sale folosind cârlige de cupru. Dar mușchii nu s-au contractat nici pe vreme senină, nici pe o furtună. Și s-au micșorat când, cu o rafală de vânt, labele lor au atins barele de fier ale balconului. Acest lucru l-a surprins din nou pe Galvani și, ca un om de știință persistent, s-a întors în laborator. A așezat picioarele broaștei pe o placă de fier și, apăsând cârlige de cupru de placa și picioare, a observat contracția mușchilor. Galvani a efectuat experimente cu diferite metale. Contracțiile au fost mai puternice în unele cazuri și mai slabe în altele.
Galvani a publicat rezultatele experimentelor sale în 1791 în Tratatul său despre forțele electricității în mișcarea musculară. În ea, el a scris: „Dacă țineți o broască agățată cu degetele de un picior, astfel încât cârligul de cupru care trece prin măduva spinării să atingă placa de argint, iar celălalt picior să poată atinge în mod liber aceeași placă, atunci de îndată ce piciorul atinge placa menționată, mușchii încep să se contracte" Galvani a concluzionat că sarcinile electrice au fost generate ca urmare a unor procese vitale în piciorul broaștei, deoarece la acea vreme fizicienii (inclusiv Galvani) credeau că metalele pot fi doar conductoare și nu pot crea curent electric.
Profesorul italian de la Universitatea din Pavia, Alessandro Volta (1745-1827), s-a îndoit de această concluzie. El a efectuat o serie de experimente, încercând diferite combinații de metale și a ajuns la concluzia că contactul a două metale diferite în contact cu lichidul din mușchii broaștei era sursa de electricitate. Piciorul broaștei reacționează la ea. Volta a susținut că cauza contracției musculare nu este „electricitatea animală”, ci prezența a exact două metale diferite (de exemplu, cupru și fier sau zinc și argint etc.) Iar piciorul umed al broaștei servește ca conductor și sensibil electrometru.
Pentru a demonstra că are dreptate, Volta a folosit două metale diferite, punându-le pe limbă. Rolul lichidului conductiv electric a fost jucat de saliva limbii, dar nu a existat o contracție a mușchilor limbii - Volta a simțit doar o „furcătură electrică” pe suprafața limbii unde a atins metalele. Important este să nu existe furnicături dacă cele două metale erau la fel! Astfel, Volta a demonstrat că nu este un mușchi, ci două metale diferite care excită electricitatea.
Argumentele lui Volta au distrus speranțele lui Galvani de a crea o nouă direcție „electrică” în medicină. Prin urmare, el își îndreaptă toate eforturile pentru a dovedi că are dreptate. El conduce o serie de experimente în care nu folosește metale, ci doar tije de sticlă și constată că un curent electric circulă între secțiunile normale și deteriorate ale nervului oricărui animal. Așa a descoperit Galvani electricitatea „animală”.
Deci, disputa pe termen lung s-a încheiat - ambii participanți s-au dovedit a avea dreptate. Biologul Galvani a devenit un pionier în studiul electricității biologice, iar fizicianul Volta a devenit creatorul unei surse de curent chimic, pe care contemporanii săi i-au dat numele de „coloană voltaică” (vezi figura). Acest dispozitiv simplu a jucat un rol imens în fizică și tehnologie, dar acesta este subiectul unui articol fascinant separat din istoria fizicii.
O celulă galvanică este o sursă de energie electrică; principiul său de funcționare se bazează pe reacții chimice. Majoritatea bateriilor și acumulatorilor moderni se încadrează în definiție și se încadrează în această categorie. Din punct de vedere fizic, o celulă galvanică este formată din electrozi conductori scufundați în unul sau două lichide (electroliți).
Informații generale
Celulele galvanice sunt împărțite în primare și secundare în funcție de capacitatea lor de a produce curent electric. Ambele tipuri sunt considerate surse și servesc unor scopuri diferite. Primele generează curent în timpul unei reacții chimice, cele din urmă funcționează exclusiv după încărcare. Mai jos vom discuta ambele soiuri. Pe baza cantității de lichide, se disting două grupuri de celule galvanice:
Inconstanța surselor de energie cu un singur lichid a fost observată de Ohm, dezvăluind inadecvarea celulei galvanice a lui Wollaston pentru experimente în studiul electricității. Dinamica procesului este de așa natură încât în momentul inițial curentul este mare și inițial crește, apoi în câteva ore scade la valoarea medie. Bateriile moderne sunt capricioase.
Istoria descoperirii electricității chimice
Este puțin cunoscut faptul că în 1752 electricitatea galvanică a fost menționată de Johann Georg. Publicația A Study of the Origin of Pleasant and Unpleasant Sensations, publicată de Academia de Științe din Berlin, a dat chiar și o interpretare complet corectă fenomenului. Experiment: plăcile de argint și plumb au fost conectate la un capăt, iar cele opuse au fost aplicate pe limbă din diferite părți. Gustul sulfatului de fier este observat pe receptori. Cititorii au ghicit deja că metoda descrisă de verificare a bateriilor a fost adesea folosită în URSS.
Explicația fenomenului: se pare că există niște particule de metal care irită receptorii limbii. Particulele sunt emise dintr-o placă la contact. Mai mult, un metal se dizolvă. De fapt, principiul de funcționare al unei celule galvanice este evident, unde placa de zinc dispare treptat, eliberând energia legăturilor chimice cu curentul electric. Explicația a fost făcută cu o jumătate de secol înainte de raportul oficial al lui Alessandro Volta către Societatea Regală din Londra cu privire la descoperirea primei surse de energie. Dar, așa cum se întâmplă adesea cu descoperirile, de exemplu, interacțiunea electromagnetică, experiența a trecut neobservată de comunitatea științifică generală și nu a fost studiată corespunzător.
Să adăugăm că acest lucru s-a dovedit a fi din cauza abolirii recente a urmăririi penale pentru vrăjitorie: puțini oameni au decis, după trista experiență a „vrăjitoarelor”, să studieze fenomene de neînțeles. Situația era diferită cu Luigi Galvani, care lucra la departamentul de anatomie din Bologna din 1775. Specializările sale au fost considerate a fi iritante ale sistemului nervos, dar luminatorul a lăsat o amprentă semnificativă nu în domeniul fiziologiei. Elevul lui Beccaria a fost implicat activ în electricitate. În a doua jumătate a anului 1780, după cum reiese din memoriile omului de știință (1791, De Viribus Electricitatis in Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, volumul 7, p. 363), broasca a fost din nou disecată (experimentele au continuat mulți ani).
Este de remarcat faptul că asistentul a observat un fenomen neobișnuit, exact ca și în cazul devierii unui ac de busole de către un fir care transportă curent electric: descoperirea a fost făcută doar de oameni indirect asociați cu cercetarea științifică. Observația se referea la zvâcnirea membrelor inferioare ale broaștei. În timpul experimentului, asistentul a atins nervul femural intern al animalului disecat, iar picioarele s-au zvâcnit. Pe masă din apropiere era un generator electrostatic și o scânteie a strălucit pe dispozitiv. Luigi Galvani a început imediat să repete experimentul. Ce a reușit? Și din nou mașina a scânteie.
S-a format o conexiune paralelă cu electricitatea, iar Galvani a vrut să știe dacă o furtună va acționa în mod similar asupra unei broaște. S-a dovedit că dezastrele naturale nu au un impact vizibil. Broaștele, atașate cu cârlige de cupru de măduva spinării de un gard de fier, zvâcneau indiferent de condițiile meteorologice. Experimentele nu au putut fi efectuate cu repetabilitate 100%; atmosfera nu a avut niciun efect. Drept urmare, Galvani a găsit o mulțime de perechi făcute din diferite metale, care, atunci când intrau în contact una cu cealaltă și cu nervul, făceau zvâcnirea picioarelor broaștei. Astăzi, fenomenul este explicat prin diferite grade de electronegativitate a materialelor. De exemplu, se știe că plăcile de aluminiu nu pot fi nituite cu cupru; metalele formează un cuplu galvanic cu proprietăți pronunțate.
Galvani a remarcat pe bună dreptate că se formează un circuit electric închis și a sugerat că broasca conține electricitate animală, descărcată ca un borcan Leyden. Alessandro Volta nu a acceptat explicația. După ce a studiat cu atenție descrierea experimentelor, Volta a prezentat explicația că un curent ia naștere atunci când două metale se combină, direct sau prin electrolitul corpului unei ființe biologice. Cauza curentului se află în materiale, iar broasca servește ca un simplu indicator al fenomenului. Citat Volta dintr-o scrisoare adresată editorului unei reviste științifice:
Conductorii de primul fel (solide) și al doilea fel (lichide), atunci când sunt în contact într-o anumită combinație, dau naștere unui impuls de electricitate; astăzi este imposibil de explicat motivele apariției fenomenului. Curentul circulă într-un circuit închis și dispare dacă integritatea circuitului este întreruptă.
Polul voltaic
Giovanni Fabroni a contribuit la seria descoperirilor, raportând că atunci când două plăci dintr-o pereche galvanică sunt puse în apă, una începe să se prăbușească. Prin urmare, fenomenul este legat de procesele chimice. Între timp, Volta a inventat prima sursă de energie, care a servit mult timp pentru studiul energiei electrice. Omul de știință a căutat în mod constant modalități de a îmbunătăți acțiunea cuplurilor galvanice, dar nu le-a găsit. În timpul experimentelor, a fost creat proiectarea unei coloane voltaice:
- Căni de zinc și cupru au fost luate în perechi în contact strâns una cu cealaltă.
- Perechile rezultate au fost separate prin cercuri de carton umede și așezate una peste alta.
Este ușor de ghicit că s-a dovedit a fi o conexiune în serie a surselor de curent, care, atunci când sunt rezumate, a îmbunătățit efectul (diferența de potențial). Noul dispozitiv a provocat un șoc care a fost vizibil pentru mâna omului când a fost atins. Similar cu experimentele lui Muschenbroek cu borcanul din Leyden. Cu toate acestea, a durat timp pentru a reproduce efectul. A devenit evident că sursa de energie este de origine chimică și se reînnoiește treptat. Dar să te obișnuiești cu conceptul de energie electrică nouă nu a fost ușor. Coloana voltaică s-a comportat ca un borcan Leyden încărcat, dar...
Volta organizează un experiment suplimentar. El furnizează fiecare dintre cercuri cu un mâner izolator, le aduce un timp în contact, apoi le deschide și efectuează o examinare cu un electroscop. Până atunci, legea lui Coulomb a devenit deja cunoscută; s-a dovedit că zincul era încărcat pozitiv, iar cuprul – negativ. Primul material a dat electroni celui de-al doilea. Din acest motiv, placa de zinc a coloanei voltaice este distrusă treptat. A fost desemnată o comisie care să studieze lucrarea, căreia i-au fost prezentate argumentele lui Alessandro. Chiar și atunci, prin inferență, cercetătorul a stabilit că tensiunea cuplurilor individuale se adaugă.
Volta a explicat că fără cercuri umede plasate între metale, structura se comportă ca două plăci: cupru și zinc. Nu are loc nicio amplificare. Volta a găsit primul rând de electronegativitate: zinc, plumb, staniu, fier, cupru, argint. Și dacă excludem metalele intermediare dintre cele extreme, „forța motrice” nu se schimbă. Volta a stabilit că electricitatea există atâta timp cât plăcile sunt în contact: forța nu este vizibilă, dar se simte ușor, de aceea este adevărată. Pe 20 martie 1800, omul de știință i-a scris președintelui Societății Regale din Londra, Sir Joseph Banks, căruia i s-a adresat și Michael Faraday pentru prima dată.
Cercetătorii englezi au descoperit rapid că, dacă se cade apă pe placa de sus (cupru), gazul este eliberat într-un punct specificat în zona de contact. Ei au făcut experimentul din ambele părți: firele unui circuit adecvat au fost închise în baloane cu apă. Gazul a fost examinat. S-a dovedit că gazul este inflamabil și este eliberat doar dintr-o parte. Firul de pe partea opusă s-a oxidat vizibil. S-a stabilit că primul este hidrogen, iar al doilea fenomen se produce din cauza excesului de oxigen. S-a stabilit (2 mai 1800) că procesul observat a fost descompunerea apei sub influența curentului electric.
William Cruikshank a arătat imediat că un lucru similar se poate face cu soluții de săruri metalice, iar Wollaston a dovedit în cele din urmă identitatea coloanei voltaice cu electricitate statică. După cum a spus omul de știință: efectul este mai slab, dar are o durată mai lungă. Martin Van Marum și Christian Heinrich Pfaff au încărcat un borcan Leyden din element. Iar profesorul Humphrey Davy a descoperit că apa pură nu poate servi drept electrolit în acest caz. Dimpotrivă, cu cât lichidul este mai capabil să oxideze zincul, cu atât coloana voltaică acționează mai bine, ceea ce a fost destul de în concordanță cu observațiile lui Fabroni.
Acidul îmbunătățește foarte mult performanța prin accelerarea procesului de generare a energiei electrice. În cele din urmă, Davy a creat o teorie coerentă a coloanei voltaice. El a explicat că metalele au inițial o anumită sarcină, care, atunci când contactele sunt închise, provoacă acțiunea elementului. Dacă electrolitul este capabil să oxideze suprafața donorului de electroni, stratul de atomi epuizați este îndepărtat treptat, dezvăluind noi straturi capabile să producă electricitate.
În 1803, Ritter a asamblat o coloană de cercuri alternative de argint și pânză umedă, prototipul primei baterii. Ritter a încărcat-o dintr-o coloană voltaică și a observat procesul de descărcare. Interpretarea corectă a fenomenului a fost dată de Alessandro Volta. Și abia în 1825, Auguste de la Rive a dovedit că transferul de energie electrică într-o soluție se realizează de către ionii substanței, observând formarea oxidului de zinc într-o cameră cu apă curată, separată de o membrană adiacentă. Afirmația l-a ajutat pe Berzelius să creeze un model fizic în care atomul de electrolit a fost imaginat ca fiind compus din doi poli încărcați opus (ioni) capabili să se disocieze. Rezultatul a fost o imagine armonioasă a transferului de energie electrică la distanță.
Volta si Galvani
În 1801, la Paris a avut loc un eveniment izbitor, descris în mod repetat de istoricii științei: în prezența lui Napoleon Bonaparte, lucrarea lui Alessandro Volta „Un organ electric artificial care imită organul electric natural al unei anghile sau al unei raie” a fost prezentată cu o demonstrație de un model al acestui organ. Napoleon l-a răsplătit cu generozitate pe autor: a fost bătută o medalie în onoarea savantului și a fost stabilit un premiu de 80.000 de ecus. Și într-o zi, Napoleon, văzând o coroană de lauri cu inscripția „Către Marele Voltaire” în biblioteca Academiei Franceze, a șters ultimele litere astfel încât a rezultat: „Către Marea Volta”... Toate societățile științifice de conducere. ale vremii, inclusiv Academia de Științe din Sankt Petersburg, și-au exprimat dorința de a-l vedea pe Volta în rândurile lor, iar cele mai bune universități din Europa erau gata să-i pună la dispoziție departamentele lor.
Invenția lui Volta, pe care el a propus cu modestie să o numească „organ electric artificial”, iar contemporanii au numit-o în unanimitate „stâlp voltaic”, este prototipul tuturor bateriilor și acumulatorilor moderni. Contemporanul lui Volta, omul de știință francez Arago, a considerat „stâlpul voltic” „cel mai remarcabil dispozitiv inventat vreodată de oameni, fără a exclude telescopul și mașina cu abur”.
Drumul care l-a condus pe Volta la crearea invenției sale începe cu celebrele experimente ale lui Luigi Galvani, care a descoperit o posibilitate diferită de a genera electricitate decât prin electrificare prin frecare. De ce nu a fost onorat primul, sau măcar lângă Volta? Motivul nu este că Galvani ar fi murit deja până atunci - dacă ar fi trăit, cel mai probabil premiul napoleonian ar fi fost oricum la Volta. Și nu este vorba despre Napoleon - în anii următori nu a fost singurul care a ridicat Volta. Și au existat motive pentru asta. Este o poveste lungă și interesantă. Să o spunem pe scurt.
Galvani a devenit faimos pentru experimentele sale în studiul contracției musculare. În 1771, a descoperit fenomenul de contracție a mușchilor unei broaște disecate sub influența unui curent electric, așa cum am discutat în primul capitol. Și iată cum s-a întâmplat în descrierea dată în cartea lui C. Flammarion: „Toată lumea, desigur, își amintește de celebrul bulion de broaște preparat pentru doamna Galvani în 1791. Galvani s-a căsătorit cu fiica drăguță a fostului său profesor, Lucia Galeozzi, și a iubit-o foarte mult. S-a îmbolnăvit de consum și era pe moarte la Bologna. Medicul i-a prescris un bulion hrănitor din broaște, mâncarea este foarte gustoasă, de remarcat. Cu siguranță, Galvani a vrut să o gătească singur. Așezat pe balconul său, a curățat mai multe broaște și a atârnat membrele inferioare ale acestora, separate de corp, pe grilajul de fier al balconului folosind cârligele de cupru pe care le-a folosit în experimentele sale. Deodată observă cu surprindere considerabilă că picioarele broaștelor tremurau convulsiv de fiecare dată când atingeau accidental fierul balconului. Galvani, care era la acea vreme profesor de fizică la Universitatea din Bologna, a observat acest fenomen cu o perspectivă rară și a descoperit curând toate condițiile pentru reproducerea lui.
Dacă luați picioarele din spate cu pielea îndepărtată, puteți vedea nervii cranieni. După ce ați înfășurat nervii expuși ai labelor în tablă și așezându-le pe o bandă de cupru, trebuie să aduceți placa de tablă în contact cu cea de cupru. Ca urmare, mușchii picioarelor se vor contracta, iar placa pe care se sprijină se va răsturna cu o forță considerabilă.” Dar știm deja cine a observat cel mai probabil contracția picioarelor broaștei. Cu toate acestea, în orice caz, trebuie menționat că observațiile fizicianului bolognez au fost întâmpinate cu râs și doar câțiva oameni de știință serioși le-au acordat atenția cuvenită. Bietul om de știință era foarte supărat. „Sunt atacat”, scria el în 1792, „de două secte complet diferite: cei învățați și cei ignoranți. Amândoi râd de mine și îmi spun maestru de dans al broaștei. Între timp, sunt convins că am descoperit una dintre forțele naturii”.
Oricum, originea curentului a rămas încă un mister. Unde apare curentul - doar în țesuturile corpului broaștei, numai în metale diferite sau într-o combinație de metale și țesuturi? Din păcate, Galvani a ajuns la concluzia că curentul își are originea exclusiv în țesuturile corpului broaștei. Drept urmare, pentru contemporanii săi conceptul de „electricitate animală” a început să pară mult mai real decât electricitatea de orice altă origine. În linii mari, el schițează o imagine a posibilelor metode de electromedicină și, cel mai important, rolul electricității în funcționarea viețuitoarelor. El a conturat rezultatele observațiilor și teoria „electricității animale” în 1791 în lucrarea sa „Tratat despre forțele electricității în mișcarea musculară” (De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius).
Descoperirea lui Galvani a creat senzație. Apariția Tratatului a trezit un mare interes într-o varietate de țări. A doua ediție va fi publicată anul viitor. Galvani devine celebru pentru o scurtă perioadă de timp. Un val de experimente a apărut în toată Europa, stabilind legături directe între laboratoarele biologice, măcelării, ghilotine și cimitire. Cu un electrod în mână, Volta a făcut să se miște o limbă de oaie tăiată și să cânte lăcustele fără cap. Zanetti a petrecut două ore urmărind contracția fiecărei bucăți de șarpe, tăiată în trei. Ce s-ar întâmpla, credeau ei, dacă ai trece un curent electric printr-un cadavru uman? Nepotul lui Galvani, Giovanni Aldini, a plecat într-o excursie în Europa, în timpul căreia a oferit publicului un spectacol răutăcios. Cea mai remarcabilă demonstrație a sa a avut loc pe 17 ianuarie 1803, când a conectat polii unei baterii de 120 de volți la corpul criminalului executat George Forster. Când Aldini a pus firele pe gură și ureche, mușchii feței au început să se zvâcnească și a apărut o grimasă de durere. Ochiul stâng se deschise, de parcă ar fi vrut să-și privească chinuitorul. Spectacolul s-a încheiat solemn cu Aldini conectând un fir la ureche și introducându-l pe celălalt în rect. Cadavrul a început să danseze dezgustător. The London Times a scris: „Pentru partea ignorantă a publicului i s-ar fi putut părea că nefericitul este pe cale să prindă viață”.
Nenumărați oameni au început să efectueze experimente folosind metoda lui Galvani. Iată ce au scris ei despre asta într-una dintre vechile enciclopedii: „Timp de mii de ani, un trib de broaște cu sânge rece și-a făcut fără griji drum în viață, așa cum îi schițase natura, a crescut liber și s-a bucurat de binecuvântări pământești, cunoscând un singur dușman. , domnul Barza, și, poate, suferind daune de la gurmanzii care au cerut sacrificii pentru ei înșiși sub forma unei perechi de pulpe de broaște dintr-o multitudine de specii. Dar la sfârșitul secolului înainte de ultimul, a început un secol nefericit pentru broaște. O soartă rea a domnit asupra lor și este puțin probabil ca broaștele să fie eliberate vreodată de ea. Vânați, capturați, torturați, scalpat, uciși, decapitat, dar moartea nu a pus capăt nenorocirilor lor. Broasca a devenit un dispozitiv fizic și s-a pus la dispoziția științei. Îi vor tăia capul, îi vor rupe pielea, îi vor îndrepta mușchii și îi vor străpunge spatele cu sârmă, dar ea tot nu îndrăznește să meargă la locul ei de odihnă veșnică; supunând ordinelor fizicienilor sau fiziologilor, nervii ei vor deveni iritați și mușchii ei se vor contracta până când ultima picătură de „apă vie” se va usca.”
Este destul de firesc ca fiziologul Galvani a ajuns la concluzia despre existența „electricității animale”. Întreaga situație experimentală a împins în acest sens. Era convins că a dezvăluit cauza contracțiilor musculare, care pentru toți oamenii de știință naturală până acum au rămas „îngropate în întuneric adânc”. Galvani nu era destinat să înțeleagă de ce picioarele broaștelor moarte se zvâcnesc. Acest lucru a fost făcut de compatriotul Galvani, care a fost unul dintre primii care au pornit în urmărire. Era Alessandro Volta. Era cu opt ani mai tânăr decât Galvani, dar acesta din urmă îl numește în tratatul său cel mai faimos și realizat instrumente urmând recomandările publicate de Volta. Volta provenea dintr-o familie mai distinsă decât Galvani, a primit o educație excelentă, a cunoscut personal mulți fizicieni respectați din Europa, a corespondat cu Societatea Regală Engleză și, după ce a fost acceptat în rândurile ei, a vrut în mod clar să fie vizibil în ea. Spre deosebire de Galvani, a luat cu ușurință contactul cu noul guvern pro-napoleonic al Italiei, care l-a îndepărtat de pe Galvani de pe scaun în ultimii ani ai vieții sale.
Volta a făcut cunoștință cu opera lui Galvani și iată prima lui reacție la tratat: „Trebuie totuși să recunosc că am început primele experimente cu neîncredere și fără mari speranțe de succes: fenomenele descrise mi s-au părut atât de uimitoare, care, chiar dacă nu se contraziceau, erau prea superioare a tot ce se știa până atunci despre electricitate, atât de minunate mi s-au părut. Pentru aceasta neîncrederea mea și, parcă, prejudecată încăpățânată, de care nu mi-e rușine, cer iertare de la autorul descoperirii și acum consider că este datoria mea glorioasă să-l cinstesc în aceeași măsură după ce am văzut și am atins cu mine. mâna ceva ce era atât de greu de crezut înainte cum să atingă și să vezi. Totuși, după ce eu însumi am devenit martor ocular și creator al tuturor acestor miracole, în cele din urmă m-am convertit și am trecut de la neîncredere, poate la fanatism.” În acest moment (1792) Volta era deja un fizician celebru, profesor la Universitatea din Pavia și membru al Societății Regale din Londra. Până atunci, el inventase un nou electroscop sensibil, un condensator electric și o serie de alte instrumente. De asemenea, a efectuat experimente cu o broasca disecata si a observat aceleasi efecte ca si Galvani.
Aceste experimente au confirmat pe deplin rezultatele lui Galvani, dar Volta și-a propus să introducă o măsură în acest nou domeniu al științei, adică să efectueze un studiu cantitativ al „electricității animale”, pentru a măsura magnitudinea acesteia și cantitatea de sarcină necesară pentru a provoca contractia musculara cu electrometre. „Nu poți face niciodată nimic valoros dacă nu reduci fenomenele la grade și măsurători, în special în fizică”, a scris el. Volta analizează cu atenție experimentele și ajunge la concluzia că curentul electric din experimentele lui Galvani nu provoacă direct contracția musculară, ci doar excitarea nervului, care acționează apoi asupra mușchiului într-un mod necunoscut. Și, în plus, pe baza multor experimente, Volta ajunge la concluzia că plăcile din două metale diferite nu sunt simpli conductori, ci „adevărate excitatoare și motoare ale fluidului electric”.
Primele experimente ale lui Volta sunt foarte simple. A luat două monede din metale diferite și a pus una dintre ele pe limbă, iar cealaltă sub ea; la conectarea lor cu sârmă, s-a simțit un gust acru - la fel ca atunci când „degustam pe limbă” fire din surse de electricitate cunoscute la acea vreme. Dacă Galvani credea că țesuturile broaștei, pe care le diseca atingându-le cu metale diferite, erau o sursă de electricitate, atunci Volta era convins că aceste țesuturi erau un indicator al electricității care decurge din contactul cu metale diferite. Așa a fost descoperită diferența de potențial de contact.
Volta a demonstrat că curentul generat atunci când două metale diferite au intrat în contact a făcut ca mușchii din picioarele broaștei să se contracte. Cu aceasta, el a respins presupunerea lui Galvani că electricitatea este generată în mușchi. Pentru a-și dovedi punctul de vedere, a umplut două boluri cu saramură și le-a conectat cu arce metalice. Un capăt al acestor arcuri era din cupru, iar celălalt din zinc. Au fost instalate astfel încât fiecare vas să conţină câte un electrod de fiecare tip. Acest design a devenit prima baterie care a generat electricitate prin interacțiunea chimică a două metale în soluție. În 1800, l-a îmbunătățit, creând faimosul său „pol voltaic”, prima sursă de curent continuu. Era format din 20 de perechi de cercuri din două metale diferite, căptușite cu bucăți de piele sau țesătură înmuiate într-o soluție salină.
Acum putem răspunde la întrebarea - de ce Galvani nu a fost plin de onoruri în primul rând, sau măcar lângă Volta? Motivul nu este că Galvani murise deja la acel moment. Galvani a abordat faptul nu ca fizician, ci ca fiziolog, el a fost interesat de capacitatea unui medicament mort de a se manifesta ca un material viu (la fel ca povestea lui Mayer și Joule, vezi mai jos), și a studiat acest fenomen. cu cea mai mare grijă, modificând o varietate de parametri. Galvani a explicat acest fenomen prin existența „electricității animale”, datorită căreia mușchii sunt încărcați ca un borcan de Leyden. Galvani nu era destinat să înțeleagă de ce picioarele broaștelor moarte se zvâcnesc. Doar marele Alessandro Volta și-a dat seama că legătura dintre diferiți conductori metalici (Galvani avea un fir de cupru legat de un balcon de fier) în sine provoacă să apară sarcini electrice la capete. Dacă închideți capetele prin corpul unei broaște, se formează un curent electric, care nu este de scurtă durată, ca în „experimentele teribile” ale lui Otto von Guericke, ci de lungă durată. Faptul că două metale diferite ar putea fi o sursă de electricitate a fost o revoluție șocantă în conceptele fizice pentru Volta și alți fizicieni.
Disputa dintre Galvani și Volta, precum și adepții lor, este o dispută despre electricitatea „animală” și „metalică”. Întreaga lume a fost apoi împărțită în două tabere. Unii l-au susținut pe Galvani, în timp ce alții au susținut-o pe Volta. Și este greu de spus astăzi cum s-ar fi încheiat această dispută, deoarece ambii oameni de știință au avut dreptate în felul lor. Astăzi știm că electricitatea apare de fapt în mușchii animalelor. În același timp, electricitatea poate fi generată fără participarea animalelor, numai din metale diferite care sunt încărcate ca urmare a contactului. Da, Galvani a greșit părerile sale despre electricitatea „animală”, dar Volta și-a corectat greșelile. Și totuși Galvani este fondatorul doctrinei electricității; experimentele sale au pus bazele unei noi direcții științifice - electrofiziologia. Experimentele lui Galvani stau la începutul unei lungi călătorii de cercetare a curenților electrici din corpul uman. Dacă, de exemplu, un mușchi se contractă, atunci tensiunea electrică apare treptat și se estompează în el, deși este foarte slabă și evazivă. Totuși, medicii și inginerii au reușit să creeze un dispozitiv care, datorită diferenței acestei tensiuni electrice, determină dacă inima este sănătoasă sau dacă există unele defecte în ea. Acest dispozitiv se numește „electrocardiograf”.
În istoria științei, numele lui Galvani și Volta stau unul lângă altul. Dar nu sunt camarazi, ci adversari în celebra dispută despre electricitatea animală. Galvani, în ciuda mai multor descoperiri fizice remarcabile, nu a fost recunoscut ca fizician și cu greu a aspirat la acest lucru. Volta este considerat un fizician, repetând experimentele lui Galvani și dându-le o interpretare diferită. Triumful „stâlpului voltic” a asigurat victoria necondiționată a lui Volta asupra lui Galvani. Excluzând viața - acest fenomen natural cel mai complex - din știința electricității, acordând acțiunilor fiziologice doar rolul pasiv de reactiv, Volta a asigurat dezvoltarea rapidă și fructuoasă a acestei științe. Dar iată ce este amuzant: când vine vorba de zone non-fizice, termenii asociați cu numele Galvani sunt destul de acceptabili: galvanoterapie, baie galvanică, galvanotaxis. Dacă este vorba de fizică, atunci pentru fiecare termen galvanic există un termen antigalvanic: nu un galvanometru, ci un ampermetru; nu curent galvanic, ci curent de conducere; nu o celulă galvanică, ci o sursă de curent chimic.
Volta a indicat că electroforul său „continuă să funcționeze chiar și la trei zile după încărcare”. Și mai departe: „Mașina mea face posibilă obținerea de energie electrică în orice vreme și produce un efect mai excelent decât cel mai bun disc și minge. (electrostatic - nota autorului) mașini." Deci, un electrofor este un dispozitiv care vă permite să produceți descărcări puternice de electricitate statică. Volta extrasă din el "scânteie zece sau douăsprezece degete grosimi și chiar mai mult...".
Electroforul lui Volta a servit drept bază pentru construcția unei întregi clase de mașini de inducție, așa-numitele „electrofor”.
În 1776, Volta a inventat un pistol cu gaz - „pistolul Volta”, în care gazul metan a explodat dintr-o scânteie electrică.
În 1779, Volta a fost invitat să preia catedra de fizică la o universitate cu o istorie de o mie de ani din orașul Pavia, unde a lucrat timp de 36 de ani.
Profesor progresist și curajos, rupe de limba latină și predă elevii din cărți scrise în italiană.
Volta călătorește mult: Bruxelles, Amsterdam, Paris, Londra, Berlin. În fiecare oraș, întâlniri de oameni de știință îl salută, îl sărbătoresc cu onoruri și îi dăruiesc medalii de aur. Cu toate acestea, „cea mai bună oră” a lui Volta este încă înainte; va veni în peste două decenii. Între timp, se îndepărtează de cercetarea în domeniul electricității timp de cincisprezece ani, duce o viață măsurată ca profesor și este angajat în diverse lucruri care îl interesează. La vârsta de peste patruzeci de ani, Volta s-a căsătorit cu nobila Teresa Pellegrina, care i-a născut trei fii.
Și acum - o senzație! Profesorul dă peste tratatul lui Galvani, recent publicat, „Despre forțele electrice în mișcarea musculară”. Transformarea poziției lui Volta este interesantă. La început el percepe tratatul cu scepticism. Apoi a repetat experimentele lui Galvani și deja la 3 aprilie 1792 i-a scris acestuia din urmă: „... de când am devenit martor ocular și am observat aceste miracole, am trecut, poate, de la neîncredere la fanatism”.
Cu toate acestea, această stare nu a durat mult. La 5 mai 1792, în prelegerea sa universitară, el laudă experimentele lui Galvani, dar chiar următoarea prelegere, pe 14 mai, se desfășoară într-o manieră polemică, exprimând ideea că broasca este cel mai probabil doar un indicator al electricității. , „un electrometru, de zeci de ori mai sensibil decât cel mai sensibil electrometru cu foi de aur”.
Curând ochiul ager al fizicianului observă ceva ce nu a atras atenția fiziologului Galvani: tremurul picioarelor broaștei se observă doar atunci când este atinsă de fire din două metale diferite. Volta sugerează că mușchii nu participă la crearea energiei electrice, iar contracția lor este un efect secundar cauzat de stimularea nervului. Pentru a dovedi acest lucru, el efectuează un experiment celebru în care se detectează un gust acru pe limbă atunci când pe vârful acesteia i se aplică o placă de tabla sau de plumb, iar pe mijlocul limbii sau pe obraz se aplică o monedă de argint sau de aur și placa și moneda sunt conectate cu un fir. Simțim un gust similar atunci când lingăm două contacte ale bateriei în același timp. Gustul acrișor se transformă într-unul „alcalin”, adică emană un gust amar, dacă obiectele metalice sunt schimbate pe limbă.
În iunie 1792, la doar trei luni după ce Volta a început să repete experimentele lui Galvani, el nu mai avea nicio îndoială: „Astfel, metalele nu sunt doar conductoare excelente, ci și motoare de electricitate; ele nu numai că oferă cea mai ușoară cale de trecere a electricității.
fluid, ... dar ei înșiși provoacă același dezechilibru prin extragerea acestui fluid și introducerea lui, similar cu ceea ce se întâmplă la frecarea idioelectricilor" (așa numeau ei corpuri care erau electrificate prin frecare pe vremea lui Volta - nota autorului).
Așadar, Volta a stabilit legea tensiunilor de contact: două metale diferite provoacă un „dezechilibru de echilibru” (în termeni moderni, creează o diferență de potențial) între ambele, după care a propus numirea energiei electrice astfel obținute nu „animală”, ci „ metalic". Acesta a început călătoria lui de șapte ani către o creație cu adevărat mare.
Prima serie de experimente unice de măsurare a diferențelor de potențial de contact (CPD) a dus la compilarea celebrei „seri Volta”, în care elementele sunt aranjate în următoarea succesiune: zinc, folie de staniu, plumb, cositor, fier, bronz, cupru, platină, aur, argint, mercur, grafit (Volta a clasificat în mod eronat grafitul ca metal - nota autorului).
Fiecare dintre ei, venind în contact cu oricare dintre membrii următori ai seriei, primește o sarcină pozitivă, iar aceasta ulterioară primește o sarcină negativă. De exemplu, fier (+) / cupru (-); zinc (+) / argint (-), etc. Volta numită forța generată de contactul a două metale electroexcitatoare, sau forță electromotoare. Această forță mișcă electricitatea astfel încât se creează o diferență de tensiune între metale. Volta a mai stabilit că diferența de tensiune va fi mai mare cu cât metalele sunt mai îndepărtate unul de celălalt. De exemplu, fier/cupru - 2, plumb/staniu - 1, zinc/argint - 12.
În 1796-1797 A fost dezvăluită o lege importantă: diferența de potențial dintre doi termeni ai unei serii este egală cu suma diferențelor de potențial ale tuturor termenilor intermediari:
A/B + B/C + C/D + D/E + E/F = A/F.
Într-adevăr, 12 = 1 + 2 + 3 + 1 + 5.
În plus, experimentele au arătat că diferențele de tensiune nu apar într-o „serie închisă”: A/B + B/C + C/D + D/A = 0. Aceasta a însemnat că prin mai multe contacte pur metalice era imposibil să se obțină tensiuni mai mari decât în cazul contactului direct a doar două metale.
Din punct de vedere modern, teoria electricității de contact propusă de Volta a fost eronată. El a contat pe posibilitatea de a obține în mod continuu energie sub formă de curent galvanic fără a consuma niciun alt tip de energie.
Totuși, la sfârșitul anului 1799, Volta a reușit să realizeze ceea ce și-a dorit. El a stabilit mai întâi că atunci când două metale intră în contact, unul primește mai mult stres decât celălalt. De exemplu, la conectarea plăcilor de cupru și zinc, placa de cupru are un potențial de 1, iar placa de zinc are un potențial de 12. Numeroase experimente ulterioare au condus-o pe Volta la concluzia că un curent electric continuu poate apărea numai într-un circuit închis compus a diverșilor conductori - metale (pe care le-a numit conductoare de clasa întâi) și lichide (pe care le-a numit conductori de clasa a doua).
Astfel, Volta, fără să-și dea seama pe deplin, a ajuns la crearea unui element electrochimic, a cărui acțiune se baza pe conversia energiei chimice în energie electrică.
Apariția „Tratatului...” a trezit un mare interes într-o varietate de țări. A doua ediție va fi publicată anul viitor. Galvani devine celebru pentru o scurtă perioadă de timp. Mulți oameni de știință proeminenți au început să-și repete experimentele și să verifice rezultatele. Printre ei s-a numărat și fizicianul italian Alessandro Volta, în tinerețe student prin corespondență al starețului Nolle.
În acest moment (1792) Volta era deja un fizician celebru, profesor la Universitatea din Pavia și membru al Societății Regale din Londra. Până atunci, el inventase un nou electroscop sensibil, un condensator electric și o serie de alte instrumente. Interesele sale științifice de-a lungul vieții au fost legate în principal de electricitate, iar munca lui Galvani i-a făcut o impresie uriașă.
În primele 10 zile de la primirea „Tratatului...” a efectuat o mulțime de noi experimente, a confirmat pe deplin rezultatele lui Galvani și și-a propus să introducă o măsură în acest nou domeniu al științei, adică să efectueze un studiu cantitativ al „electricitatea animală”, măsoară-i valoarea cu electrometre și cantitatea de sarcină necesară pentru a provoca contracția musculară („La urma urmei, nimic valoros nu se poate face niciodată dacă nu reduc fenomenele la grade și măsurători, mai ales în fizică”, a scris Volta. ).
În primele experimente, descoperim că preparatul de broaște este extrem de sensibil la descărcarea electrică și contracția are loc cu sarcini atât de slabe ale borcanelor Leyden care nu sunt detectate de cele mai bune electrometre.
În toate experimentele sale, Galvani a aplicat un capăt al unui conductor metalic pe nerv și celălalt pe mușchi. Acest lucru s-a datorat ideii sale că un mușchi este un borcan Leyden care se descarcă printr-un nerv.
Volta a diversificat condițiile experimentale, a făcut diferite pregătiri și a aplicat conductorul în moduri diferite. Este interesat de partea cantitativă a problemei, așa că caută condiții în care o încărcare minimă provoacă contracția musculară. În același timp, el află că cea mai bună contracție apare atunci când două secțiuni diferite ale unui nerv bine pregătit sunt închise de un conductor extern. De aici concluzionează că nu mușchiul este descărcat prin sârmă și nerv, ci, dimpotrivă, nervul, care este mai sensibil la iritație, este excitat și transmite ceva mușchiului.
Deci, credința lui Volta în concepțiile teoretice ale lui Galvani a fost deja zdruncinată foarte mult. Dacă Galvani ar fi putut să se înșele considerând mușchiul drept sursă de „electricitate animală”, atunci ar fi putut să facă alte greșeli. Și astfel Volta se îndoiește de însăși baza lucrării lui Galvani - existența „electricității animale”.
El pune întrebarea: de ce apare o descărcare între două puncte apropiate ale aceluiași nerv, care sunt similare în toate, când sunt scurtcircuitate cu un conductor? Acest lucru contrazice principiul cauzalității. De ce ar trebui conductorul de închidere, pentru ca experimentul să aibă succes, să fie format din două metale diferite? La urma urmei, rolul acestui dirijor, în opinia lui Galvani, este doar acela de a închide circuitul. Dar un tip de metal este suficient pentru a finaliza circuitul.
Volta începe să studieze această problemă în detaliu. El încearcă combinații de diferite perechi de metale. Dacă aceste metale joacă rolul unui simplu conductor, atunci natura lor nu ar trebui să conteze. Dar dacă, dintr-un anumit motiv, aceste metale în sine sunt o sursă de electricitate (iată noua idee revoluționară a lui Volta, care a reușit să depășească autoritatea lui Gilbert!), atunci puterea sursei poate depinde de combinația de metale. Și Volta găsește o asemenea dependență.
Efectul a două substanțe diferite asupra unui preparat de broaște este mai puternic, cu cât sunt mai departe unul de celălalt în următoarele serii: zinc, cositor, plumb, fier, alamă, bronz, cupru, platină, aur, argint, mercur, grafit, cărbune .
Din această enumerare, dată în lucrarea din 1794, reiese clar cât de activ a experimentat Volta. El este din ce în ce mai încrezător că sursa de electricitate în experimentele lui Galvani nu a fost mușchiul broaștei, ci cele două metale cu care Galvani l-a atins.
Dar Galvani a observat contracții musculare chiar și atunci când a folosit doar un metal! Volta studiază acest caz în detaliu și arată că două bucăți de cupru pot conține impurități diferite, că este suficient să contamineze un capăt al firului pentru ca acesta să acționeze ca două metale diferite, o mică diferență de temperatură la marginile opuse ale aceleiași piese. de metal este suficient pentru ca acesta să joace rol de stimul etc.
În cele din urmă, Volta face o concluzie finală: contactul a două metale diferite este o nouă sursă de electricitate, la care reacționează electroscopul „viu”. Tocmai asta explică experimentele lui Galvani!
Această concluzie a lui Volta este susținută de o serie de experimente diferite. De exemplu, Volta ia fire din argint și cositor, conectează unele capete ale acestor fire între ele și atinge limba cu celelalte capete: un metal chiar la vârf, iar celălalt puțin mai departe.
El descoperă că, dacă se aplică argint pe vârful limbii, se simte un gust alcalin, iar dacă se aplică staniu, are un gust acru. Dacă sursa de electricitate ar fi însuși mușchiul limbii, atunci gustul nu ar trebui să se schimbe de la o schimbare a metalului de închidere, susține Volta. Dar dacă rolul unei surse de electricitate este jucat de două metale diferite, atunci este clar că, prin schimbarea locurilor lor, schimbăm poziția „plus” și „minus”. În unele cazuri, fluidul electric pătrunde în nervii vârfului limbii, iar în altul îi părăsește. Acesta este ceea ce provoacă gusturi diferite. Poate că munca tuturor simțurilor este conectată cu electricitatea? - întreabă Volta (și așa cum știm acum, este exact cazul).
Vă amintiți că în epoca pe care o descriem, era la modă să punem în scenă experimente spectaculoase. Galvani a venit cu un astfel de experiment - un „pendul nervos electric” - când piciorul unei broaște, suspendat pe un cârlig de cupru, a atins o cutie de argint. (Totul este despre cupru și argint! - ar spune Volta.) Și Volta a venit și cu un experiment spectaculos.
Patru oameni „...formează unul cu celălalt un lanț, iar unul atinge vârful limbii vecinului cu degetul, celălalt atinge în același mod suprafața globului ocular al celuilalt vecin, iar ceilalți doi îl țin pe unul cu degetele ude. de laba si celalalt de spatele proaspat pregatit.. broasca
În cele din urmă, primul din rând ține și o placă de zinc în mâna umedă, iar ultimul ține o placă de argint, iar apoi pun aceste plăci în contact reciproc.
În același moment, pe vârful limbii va apărea o senzație de gust acru, care este atins de o persoană care ține zinc în mână; in ochi? pe care degetul vecinului îl atinge, va exista o senzație de fulger; și, în același timp, picioarele broaștei, care sunt în ambele mâini, vor începe să se contracte puternic.”
Toți nervii care se găsesc în calea fluidului electric - nervii limbii, nervii ochiului, nervii broaștei - sunt pur și simplu electrometre foarte sensibile, iar metalele, din contactul cărora are loc efectul. , nu sunt simpli conductori, ci „motoare” de electricitate.
„Astfel, în loc să vorbim de electricitate animală, s-ar putea vorbi mai întemeiat de electricitate metalică” (Volta, 1794). La urma urmei, dacă oamenii din acel lanț de patru oameni nu dețin argint și zinc, ci pur și simplu se ating unul pe altul cu mâinile, atunci nu se va întâmpla nimic. Potrivit lui Galvani, descărcarea „borcanului viu Leyden”, care se află în broască, ar trebui să aibă loc cu mai mult succes, deoarece circuitul de închidere a devenit mai scurt; o secțiune a fost îndepărtată din el fără a adăuga nimic; dar nu are efect. Aceasta înseamnă că motivul nu este în broasca, ci în metale - în contactul argintului și zincului.
Din exemplele date reiese deja că Volta avea dreptate. În faimosul tratat al lui Galvani nu există nicio dovadă a existenței „electricității animale”.
Observația făcută de Galvani la 26 septembrie 1786, ziua de naștere a electrobiologiei, a fost cauzată de un fenomen pur fizic, pe baza căruia Volta a inventat o sursă de curent continuu: celula galvanică, sau coloana voltaică.
Această invenție va duce la dezvoltarea intensivă a doctrinei electricității și ingineriei electrice și va face din secolul al XIX-lea secolul nu numai al aburului, ci și al electricității.
În ciuda ajutorului prietenilor și adepților, a sprijinului unor naturaliști importanți precum A. Humboldt, Galvani și-a pierdut argumentul cu Volta. Argumentele lui Volt păreau destul de convingătoare. În 1797, a avut loc prăbușirea finală: din motive politice, Galvani a fost exclus din universitate. A pierdut oportunitatea de a munci și a murit un an mai târziu.
Totuși, de data aceasta Volta a greșit. În toate cele trei experimente descrise mai sus, Galvani avea de-a face cu „electricitatea animală”, pe care în cele din urmă a reușit să o descopere.
După inventarea sursei de curent continuu, Volta devine celebră și recunoscută de toată lumea. În 1801, Napoleon l-a invitat la Paris, unde la Academia de Științe și-a demonstrat faimoasa sa coloană voltaică.Volta a murit în 1827, la vârsta de 82 de ani, acoperit de glorie.
Berkinblit M. B., Glagoleva E. G. „Electricitatea în organismele vii”
