Luigi Galvani - istraživač bioelektričnosti

Rođen 9. septembra 1737. u Bolonji (Papska država), tamo je živeo i umro 4. decembra 1798. godine, proživevši punu 61 godinu. Po zanimanju je bio doktor, fizičar i filozof, što je u to vrijeme bilo prilično uobičajeno. Njegovo latinsko ime glasi Alojzije Galvani.

Luigi Galvani je prvi istražio bioelektričnost. Godine 1780. Luigi je izveo eksperimente na tijelima mrtvih žaba. Propustio je električnu struju kroz njihove mišiće, a šape su im se trzale, mišići su se počeli skupljati. Ovo je bio prvi korak ka proučavanju signala nervnog sistema.

kratka biografija

Luiđi Galvani (1737-1798)

Rođen od Dominika i njegove četvrte supruge Barbare Foschi. Luiđijevi roditelji nisu bili aristokrate, ali su imali dovoljno novca da školuju jedno od svoje djece. Luigi Galvani je želio da dobije crkveno vjersko obrazovanje, koje je u to doba bilo uvelike prestižno, te je 15 godina studirao na vjerskom institutu, odnosno u kapeli Padri Filippini (Oratorio dei Padri Filippini). U budućnosti je planirao da položi redovničke zavjete, ali su ga roditelji uvjerili da to ne čini i da nastavi dalje školovanje. Oko 1755. godine Luigi je upisao Fakultet umjetnosti na Univerzitetu u Bolonji. Tamo je Luigi pohađao medicinski kurs na kojem je proučavao djela Hipokrat, Galena I Avicena (Ibn Sina). Pored studijskih radova, Luigi se bavio medicinskom praksom, uključujući hirurgiju. To mu je omogućilo dalje proučavanje i istraživanje bioelektričnost.

Godine 1759. Luigi Galvani je diplomirao medicinu i filozofiju, što mu je dalo pravo da predaje na univerzitetu nakon odbrane teze koju je odbranio 21. juna 1761. godine. Već 1762. postao je počasni predavač anatomije i hirurgije. Iste godine se oženio Lusijom Galeaci, ćerkom jednog od univerzitetskih profesora. Luigi se preselio u kuću profesora Galeazzija i pomogao mu u istraživanju. Nakon smrti njegovog tasta 1775. godine, Luigi Galvani je postavljen za učitelja umjesto preminulog Galezzija.

Galvanijeva odgovornost kao člana Akademije nauka od 1776. uključivala je redovna istraživanja u oblasti praktične ljudske anatomije. Od njega se tražilo da objavi najmanje jednu studiju godišnje.

Eksperimenti sa žabama

Nakon nekoliko godina, Luigi Galvani je počeo pokazivati ​​interesovanje za medicinske upotrebe električne energije. Ovo područje istraživanja nastalo je od sredine 18. stoljeća, nakon što su otkriveni efekti električne energije na ljudski organizam.

Dijagram eksperimenta Luigija Galvanija s tijelom žabe, otprilike kasnih 1780-ih

Postoji legenda prema kojoj je početak eksperimenata s bioelektričnost je zasnovan na incidentu koji se dogodio na sljedeći način.

Luigi je stavio mrtvu žabu na sto kako bi eksperimentirao s njenom kožom kako bi stvorio statički elektricitet. Ranije su eksperimenti sa statičkim elektricitetom već bili izvedeni na stolu, a ispostavilo se da je njegov pomoćnik (asistent) dodirnuo metalni skalpel s električnim nabojem na izloženi išijatični nerv žabe. Mora da je planirao da ga secira. Ali onda se dogodilo nešto neočekivano. Asistent je vidio iskre i noga mrtve žabe se skupila kao da je živa.

Ovo zapažanje je bio prvi korak ka početku istraživanja bioelektričnost. Otkrivena je veza između nervne aktivnosti i elektriciteta, između biološkog života i električnih signala. Postalo je očito da se mišićna aktivnost odvija uz pomoć struje, uz pomoć struje u elektrolitima. Prije toga, u nauci je bilo općenito prihvaćeno da se mišićna aktivnost odvija kroz određenu supstancu nazvanu po elementima zraka i vode.

Galvani je uveo termin - životinjski elektricitet(životinjski elektricitet) za opisivanje sile koja aktivira mišiće. Ovaj fenomen je kasnije nazvan galvanizam (galvanizam), ali nakon Galvanija na prijedlog njegovih savremenika.

Trenutno se proučavanje galvanskih efekata biologije provodi u polju kao što je elektrofiziologija. Ime galvanizam više se koristi u istorijskom nego u naučnom kontekstu.

Galvani vs Volta

Profesor eksperimentalne fizike Alessandro Volta na Univerzitetu u Paviji, bio je prvi naučnik koji je posumnjao u ispravnost Galvanijevih eksperimenata i nastavio svoja istraživanja.

Njegov cilj je bio da utvrdi da li je uzrok kontrakcije mišića zaista bioelektričnost ili se javlja kao rezultat kontakta metala. Razumjelo se da žive ćelije ne mogu proizvesti električnu energiju, što znači da nema životinjskog elektriciteta.

Alessandro Volta testirao moju hipotezu i otkrio da su, zaista, žive ćelije sposobne da generišu električnu energiju, što znači bioelektričnost postoji, žive ćelije su izvori struje. Voltinu hipotezu da se mišići kontrahuju samo kao rezultat vanjskog elektriciteta, kada dodiruju metalni predmet sa statičkim nabojem, on je opovrgnuo. Dalja istraživanja Alessandro Volta doveo ga je do stvaranja galvanske baterije, koja koristi elektrohemijske pojave slične onima koje se javljaju u živim ćelijama.

Kao rezultat istraživanja, Volta je otkrio da svaka ćelija ima svoj vlastiti ćelijski potencijal, koji bioelektričnost ima iste hemijske baze kao i elektrohemijske ćelije koje proizvode razliku potencijala. Alessandro Volta pokazao poštovanje svom kolegi i uveo pojam galvanizam da se istakne zasluga Luigija Galvanija u otkriću bioelektričnost. Međutim, Volta se usprotivio nekom posebnom elektricitetu u obliku životinjska električna tečnost, i bio je u pravu. Nagrada je bila stvaranje hemijskih izvora struje - galvanskih ćelija. Alessandro Volta prvi je napravio hemijske baterije koje se sastoje od mnogih galvanskih ćelija. Takve baterije su se zvale volt pole, izvor s vrijednošću EMF-a većom od 100 Volti sastavljen je od mnogih elemenata, što je omogućilo daljnje proučavanje fenomena elektriciteta.

Djela Luigija Galvanija

Glavno djelo Luigija Galvanija bioelektričnost pod nazivom De Viribus Electricitatis u Motu Musculari Commentarius (PDF format), preveden na ruski Traktat o silama elektriciteta tokom mišićnog pokreta (djvu format). Možete preuzeti ove radove za dubinsko proučavanje i proširiti svoje vidike.

Sve do kraja 18. vijeka, fizičari koji su proučavali električne pojave imali su na raspolaganju samo izvore statičkog elektriciteta - komade ćilibara, kugle topljenog sumpora, elektroforske mašine, Leyden tegle. Mnogi naučnici su eksperimentisali sa njima, počevši od engleskog fizičara i lekara Williama Gilberta (1544–1603). Imajući na raspolaganju takve izvore, bilo je moguće otkriti, na primjer, Coulombov zakon (1785), ali nemoguće je otkriti čak ni Ohmov zakon (1826), a da ne spominjemo Faradejeve zakone (1833). Zato što je akumulirani statički naboj bio mali i nije mogao da obezbedi struju u trajanju od najmanje nekoliko sekundi.

Situacija se promijenila nakon rada profesora medicine na Univerzitetu u Bolonji, Luigija Galvanija (1737–1798), koji je otkrio, kako je vjerovao, “životinjsku struju”. Njegova poznata rasprava zvala se “O silama elektriciteta u mišićnom kretanju”. U nekim od Galvanijevih eksperimenata, dogodio se prvi prijem radio talasa na svijetu. Generator je bio varnice iz elektroforske mašine, prijemna antena je bio skalpel u Galvanijevim rukama, a prijemnik je bio žablja noga. Galvanijev pomoćnik je provodio eksperimente s električnom mašinom na određenoj udaljenosti od secirane žabe. Istovremeno, Galvanijeva supruga Lucija primijetila je da se žablje noge skupljaju baš u trenutku kada iskra skoči u mašinu, tako da je vidljiva uloga i slučajnosti i zapažanja.

Italijanski fizičar Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745–1827) zainteresovao se za Galvanijeve eksperimente. On je već bio poznati naučnik: 1775. dizajnirao je elektrofor od smole, odnosno otkrio elektretne supstance, 1781. - osjetljivi elektroskop, a nešto kasnije - kondenzator, elektrometar i druge instrumente. Godine 1776. otkrio je i električnu provodljivost plamena, a 1778. je po prvi put dobio čisti metan iz plina koji je skupio u močvarama i pokazao sposobnost da ga zapali od električne iskre. Volta je u početku bio vatreni pobornik Galvanijeve teorije o „životinjskom elektricitetu“. Ali njegovo vlastito ponavljanje njegovih eksperimenata uvjerilo je Voltu da Galvanijeve eksperimente treba objasniti na potpuno drugačiji način: žablji krak nije izvor, već samo prijemnik električne energije. Izvor su različiti metali koji se međusobno dodiruju. “Metali nisu samo odlični provodnici,” napisao je Volta, “već i motori električne energije.”

To je bila ključna izjava koja je omogućila stvaranje galvanskih ćelija, baterija i akumulatora koji nas okružuju sa svih strana i kroz život. Princip njihovog rada opisan je u školskom udžbeniku, i to mnogo detaljnije nego što je potrebno za dalju raspravu. Suština je jednostavna: u provodljivom mediju (elektrolitu) postoje dva različita vodiča (elektrode), koji s njim reagiraju na način da su nabijeni suprotnim nabojima. Ako ove elektrode (anodu i katodu) povežete s vanjskim vodičem (opterećenjem), struja će početi da teče kroz njega.

Prigovarajući Galvaniju, Volta se prvo riješio žabe, zamijenivši je vlastitim jezikom. Na primjer, stavio je zlatni ili srebrni novčić na svoj jezik, a bakreni novčić pod jezik. Čim su dva novčića spojena komadom žice, odmah se osjeti kiselkast okus u ustima, poznat svakome ko je okusio kontakte baterije baterijske lampe na jeziku. Tada je Volta potpuno isključio "životinjsku struju" iz eksperimenata, koristeći samo instrumente u svojim eksperimentima.

Ostao je još jedan korak do pronalaska prvog trajnog izvora električne struje 1800. godine. To se dogodilo kada je Volta spojio parove cink i bakrenih ploča u seriju, razdvojene odstojnicima od kartona ili kože, koji su bili natopljeni alkalnom otopinom ili slanom vodom. Ovaj dizajn je po izumitelju nazvan "voltaični stub". Dizajn je bio težak, tekućina je istisnuta iz brtvila, pa ju je Volta zamijenio čašama s kiselim rastvorom, u koje su umočene cink i bakar (ili srebro) trake ili krugovi. Čaše su bile povezane u seriju, a da bi terminali baterije držali blizu, Volta je svoje pojedinačne elemente postavio u krug. Ovaj dizajn je zbog svog oblika nazvan "Voltička kruna".

Nakon svog otkrića, Volta je izgubio interesovanje za nju i povukao se iz naučnog rada, ostavljajući drugim naučnicima da razvijaju doktrinu elektriciteta. Ali doprinos Alessandra Volte proučavanju elektriciteta toliko je značajan da je jedinica za napon nazvana po njemu. A kada je Napoleon u biblioteci Akademije nauka vidio sliku lovorovog vijenca s natpisom "Velikom Voltaireu", izbrisao je nekoliko slova, pa se ispostavilo: "Za Veliku Voltu." Voltaični stub i njegove varijacije omogućile su brojnim naučnicima da sprovode eksperimente sa dugotrajnim izvorom jednosmerne struje. Sa ovim otkrićem je započela era električne energije. Vjerojatno najoduševijeniji osvrt na Voltino otkriće ostavio je njegov biograf, francuski fizičar Dominique François Arago (1786–1853): „Stunac sastavljen od krugova od bakra, cinka i mokre tkanine. Šta očekivati ​​a priori od takve kombinacije? Ali ova kolekcija, čudna i naizgled neaktivna, ovaj stup različitih metala razdvojenih malom količinom tekućine, čini projektil čudesniji od kojeg čovjek nikada nije izmislio, čak ni teleskop i parnu mašinu.”

“Ogromne baterije”

Volta je postupio veoma mudro poslavši pismo u martu 1800. Džozefu Benksu (1743–1820), predsedniku Kraljevskog društva u Londonu, vodećem naučnom centru tog vremena. Volta je u pismu opisao različite dizajne svojih izvora električne energije, koje je nazvao galvanskim u znak sjećanja na Galvanija. Banks je bio botaničar, pa je pismo pokazao svojim kolegama - fizičaru i hemičaru Vilijamu Nikolsonu (1753–1815) i lekaru i hemičaru, predsedniku Kraljevskog koledža hirurga Entoniju Karlajlu (1768–1842). A već u travnju, prema Voltinom opisu, napravili su bateriju od 17, a potom i od 36 serijski povezanih cink krugova i polukruna, koji su tada napravljeni od srebra 925. Između njih su stavljeni kartonski jastučići natopljeni slanom vodom.

Tokom eksperimenata, Nicholson je otkrio oslobađanje mjehurića plina u blizini kontakta cinka i bakra. Utvrdio je da je u pitanju vodonik – i to po mirisu, jer vodonik dobijen otapanjem cinka u kiselinama ili alkalijama često ima miris. Cink obično sadrži primjesu arsena, koji se reducira u arsin, a proizvodi njegovog raspadanja mirišu na bijeli luk. U septembru 1800. godine, njemački fizičar Johann Ritter (1776–1810) sakupio je plin oslobođen tokom elektrolize vode sa druge elektrode baterije i pokazao da je to kisik. Iste godine, engleski hemičar William Cruikshank (1745–1800) postavio je ploče od cinka i bakra u horizontalnu dugačku kutiju - dok je bilo lako zamijeniti istrošene (napola otopljene i prekrivene produktima reakcije) cink elektrode. Kada nije u upotrebi, elektrolit se ispuštao iz kutije kako se ne bi trošio cink. Cruickshank je koristio otopinu amonijum hlorida kao elektrolit, a zatim razrijeđenu kiselinu. Faraday je preporučio mješavinu slabih (1-2%) otopina sumporne i dušične kiseline. Sa ovim elektrolitom, cink se polako rastvara, oslobađajući male mjehuriće vodonika. Na bakrenoj anodi se također oslobađao vodonik, a emf jedne ćelije baterije iznosio je samo 0,5 V.

Evolucija vodika na cink je povezana sa polarizacijom ove elektrode, što povećava unutrašnji otpor i smanjuje potencijal elementa. Da bi spriječio ovaj fenomen, britanski fizičar i elektroinženjer William Sturgeon (1783–1850), tvorac prvog elektromagneta, spojio je cink ploče. Godine 1840. engleski liječnik Alfred Smee (1818–1877) zamijenio je bakarnu elektrodu srebrnom elektrodom prevučenom grubim slojem platine. To je ubrzalo oslobađanje vodoničnih mjehurića iz otopine i povećalo emf. Takve baterije su se široko koristile u tehnologiji galvanizacije. Tako su skulpture rađene u Katedrali Svetog Isaka u Sankt Peterburgu metodom galvanizacije. Metodu proizvodnje elektrolitskih kopija u metalu razvio je peterburški akademik Moric Hermann (Boris Semenovich) Jacobi 1838. godine, upravo u vrijeme izgradnje katedrale. Više o ovoj tehnici možete pročitati na web stranici “Biblioteka sa knjigama o skulpturi”.

Jednu od najboljih baterija svog vremena sastavio je čuveni engleski lekar i hemičar William Hyde Wollaston (Wallaston, 1766–1828), poznat po otkriću paladija i rodijuma, kao i tehnologiji izrade najfinijih metalnih niti koje su koristi se u osetljivim instrumentima. U svakoj ćeliji cink elektroda je sa tri strane bila okružena bakrenom elektrodom sa malim razmakom kroz koji su mjehurići vodonika pušteni u zrak.

Čuveni engleski fizičar Humphry Davy (1778–1829) prvi je izveo eksperimente s baterijom koju mu je dao sam Volta; tada je počeo proizvoditi sve snažnije one vlastitog dizajna - od bakarnih i cinkovanih ploča odvojenih vodenom otopinom amonijaka. Njegova prva baterija sastojala se od 60 takvih elemenata, ali nekoliko godina kasnije sastavio je vrlo veliku bateriju, koja se već sastojala od hiljadu elemenata. Uz pomoć ovih baterija, po prvi put je mogao da dobije metale kao što su litijum, natrijum, kalijum, kalcijum i barijum, a u obliku amalgama - magnezijum i stroncijum.

Jednu od najvećih baterija stvorio je 1802. fizičar i elektroinženjer Vasilij Vladimirovič Petrov (1761–1834). Njegova "ogromna baterija" od 4.200 bakarnih i pocinčanih ploča veličine "jedan i po inča" nalazila se u uskim drvenim kutijama. Cijela baterija bila je sastavljena od četiri reda, svaki dug oko 3 m, povezanih u seriju bakrenim nosačima. Teoretski, takva baterija može proizvesti napon do 2500 V, ali u stvarnosti je dala oko 1700. Ova gigantska baterija omogućila je Petrovu da provede mnoge eksperimente: strujom je razlagao različite tvari, a 1803. proizveo je električni luk za prvi put na svetu. Uz njegovu pomoć bilo je moguće rastopiti metale i sjajno osvijetliti velike prostorije. Međutim, održavanje ove baterije bilo je izuzetno radno intenzivno. Tokom eksperimenata, ploče su oksidirale i morale su se redovno čistiti. Štaviše, jedan radnik je mogao da očisti 40 tanjira za sat vremena. Radeći 8 sati dnevno, ovaj bi radnik sam proveo najmanje dvije sedmice pripremajući bateriju za sljedeće eksperimente.

Vjerovatno najneobičniju voltaičnu ćeliju napravio je njemački hemičar Friedrich Wöhler (1800–1882). Godine 1827. zagrijavanjem aluminijum hlorida sa kalijumom dobio je metalni aluminijum - u obliku praha. Trebalo mu je 18 godina da dobije aluminijum u obliku ingota. U Wöhler elementu, obje elektrode su napravljene od aluminija! Štaviše, jedan je bio uronjen u azotnu kiselinu, a drugi u rastvor natrijum hidroksida. Posude sa rastvorima bile su povezane slanim mostom.

Daniel, Leclanche i drugi

Osnovu modernih galvanskih ćelija razvio je 1836. godine John Frederick Daniel (1790–1845), engleski fizičar, hemičar i meteorolog (osmislio je i mjerač vlažnosti - higrometar). Daniel je uspio savladati polarizaciju elektroda. U njegovom prvom elementu, komadić bikovog jednjaka ispunjenog razrijeđenom sumpornom kiselinom s cink štapićem u sredini umetnut je u bakrenu posudu u kojoj se nalazi otopina bakar sulfata. Faraday je predložio izolaciju cinka papirom za umotavanje, čije pore bi također mogle propustiti jone elektrolita. Ali Daniel je počeo koristiti poroznu glinenu posudu kao dijafragmu. Imajte na umu da je davne 1829. godine Antoine César Becquerel (1788–1878), djed poznatijeg Antoine Henri Becquerel, koji je otkrio radioaktivnost i podijelio je s Curijevima 1903. godine, eksperimentirao s bakrenim i cinkovim elektrodama uronjenim u otopine bakrenog nitrata i cinka. sulfata, odnosno davne 1829. Nobelova nagrada za fiziku. Danielov element je dugo vremena proizvodio stabilan napon od 1,1 V. Za ovaj izum Daniel je nagrađen najvišom nagradom Kraljevskog društva - Copley zlatnom medaljom. U proteklih 180 godina pojavile su se mnoge modifikacije ovog elementa; u isto vrijeme, njihovi programeri su pokušali različite načine da se riješe porozne posude.

Pojavom telegrafskih vodova pojavila se potreba za praktičnijim i jeftinijim izvorima struje, bez poroznih pregrada, s jednim elektrolitom i s dugim vijekom trajanja. Godine 1872. Danielov element je zamijenjen normalnim elementom Josiah Latimera Clarka (1822–1898): pozitivna elektroda - živa, negativna - 10% cinkovog amalgama, emf 1,43 V. A 1892. zamijenjen je Edwardovim elementom živa-kadmijum. Weston (1850–1936) sa emf od 1,35 V. Njegova modifikacija, nazvana normalni Weston element, još uvijek se koristi kao naponski standard – pri niskim opterećenjima daje visoko stabilan napon u rasponu od 1,01850–1,01870 V, poznat sa tačnost do petog znaka.

Jednu verziju Danielovog elementa, koji nije imao porozni septum, razvio je 1859. njemački fizičar i pronalazač Heinrich Meidinger (1831-1905). Na dnu posude nalazi se bakrena elektroda i kristali bakar sulfata (dolaze iz lijevka), cink elektroda je pričvršćena na vrhu. U donjem dijelu ostaje teška zasićena otopina bakar sulfata: difuzija bakrenih jona na cink elektrodu se suprotstavlja pražnjenju ovih iona tokom rada elementa, a granica između otopina se ističe vrlo oštro. Otuda i naziv izvora ove vrste - gravitacioni element. Meidingerov element može raditi neprekidno nekoliko mjeseci bez održavanja ili dodavanja reagensa. Ovaj element je bio široko korišten u Njemačkoj od 1859. do 1916. godine kao izvor napajanja za željezničku telegrafsku mrežu. Slični izvori postojali su u Francuskoj i SAD - pod imenom Callot i Lockwood elementi. Element koji je 1839. predložio engleski fizičar i hemičar William Robert Grove (1811–1896) imao je dobre karakteristike. Elektrode u njemu bile su cink i platina, odvojene poroznom pregradom i uronjene u otopine sumporne i dušične kiseline.

Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899), poznat po svojim otkrićima i izumima (spektralna analiza, gorionik, itd.), zamijenio je skupu platinsku elektrodu presovanom ugljenikom. Ugljične elektrode prisutne su i u modernim baterijama, ali su kod Bunsena bile uronjene u dušičnu kiselinu, koja igra ulogu depolarizatora (sada su to mangan dioksid). Bunsenovi elementi su se dugo koristili u laboratorijama. Oni bi mogli da obezbede, iako za kratko vreme, veliku struju. Bunsenove elemente, na primjer, koristio je mladi Charles Martin Hall (1863–1914), koji je otkrio elektrolitičku metodu za proizvodnju aluminija. Mnoge takve ćelije bile su povezane da formiraju bateriju; Istovremeno je bilo potrebno skoro 16 g cinka za 1 g izolovanog aluminijuma! Francuski hemičar i izumitelj Edme Hippolyte Marie-Davy (1820–1893) zamijenio je dušičnu kiselinu u Bunsenovom elementu pastom od živinog(I) sulfata i sumporne kiseline; Elektrolit je bio rastvor cink sulfata. Godine 1859. napravljeno je poređenje baterije od 38 ovih ćelija (emf svake 1,4 V) sa baterijom od 60 Danielovih ćelija. Prvi je radio 23 sedmice, drugi - samo 11. Međutim, visoka cijena i toksičnost živinih soli spriječili su široku upotrebu takvih elemenata.

Njemački fizičar Johann Christian Poggendorff (1796–1877) koristio je otopinu kalij-dihromata u sumpornoj kiselini kao depolarizator u svom elementu. Poggendorff je poznat kao izdavač časopisa Annalen der Physik und Chemie- Na toj funkciji je bio 36 godina. Poggendorffov element proizveo je najveći EMF (2,1 V) i za kratko vrijeme - veliku struju. Važna prednost bila je mogućnost uklanjanja cink elektrode iz otopine kako bi se očistila ili zamijenila.

Warren de la Rue (1815–1889), koji je prvi snimio fotografije Mjeseca i Sunca, sastavio je veliku bateriju od 14 hiljada ćelija 1868. Elektrode u njima bile su srebrom presvučene srebrnim hloridom i amalgamiranim cinkom, a elektrolit je bio rastvor natrijum hlorida, cink hlorida ili kalijum hidroksida. Ćelije cink-srebrnog klorida se i danas koriste; skladište se na suhom i aktiviraju se punjenjem svježom ili morskom vodom, nakon čega element može raditi do 10 mjeseci. Takve elemente mogu koristiti žrtve nesreće na vodi. Jeftinije, ali manje snažne ćelije koriste Cu/CuCl elektrodu.

Jedan od najpoznatijih izvora hemijske struje je element mangan-cink, koji je 1868. opisao francuski hemičar Georges Leclanche (1839–1882) i koji je on razvio nekoliko godina ranije. U ovoj ćeliji, ugljična elektroda je okružena depolarizatorom mangan dioksida, pomiješanog s ugljičnim prahom za bolju električnu provodljivost. Kako bi se spriječilo da se smjesa raspadne prilikom sipanja elektrolita (rastvor amonijum hlorida), stavljena je zajedno sa anodom u poroznu posudu. Element Leclanche služio je dugo vremena, nije zahtijevao održavanje i mogao je proizvesti prilično veliku struju. Pokušavajući to učiniti praktičnijim, Leclanche je odlučio da zgusne elektrolit pastom. Ovo je promijenilo stvari na revolucionaran način: Leclanchetovi elementi se više nisu bojali slučajnog prevrtanja, mogli su se koristiti u bilo kojem položaju. Leclancheov izum odmah je dobio komercijalni uspjeh, a sam pronalazač, napuštajući svoju glavnu profesiju, otvorio je tvornicu za proizvodnju elemenata. Leclanchetove ćelije mangan-cink bile su jeftine i proizvedene u velikim količinama. Međutim, nazivati ​​ih "suhim" nije sasvim ispravno: elektrolit u njima je bio "polutečan", ali u pravim suhim ćelijama trebao bi biti čvrst. Leclanche je umro u dobi od 43 godine, prije pronalaska takvih elemenata.

Od 1802. do 1812. godine izgrađeno je nekoliko suhih baterija, od kojih je najpoznatija tzv. zambonijev, ili zambonijev stub (vidi “Hemija i život” br. 6, 2007). Italijanski fizičar i svećenik Giuseppe Zamboni (1776–1846) je 1812. sastavio stup od nekoliko stotina papirnih krugova, na čijoj je jednoj strani bio tanak sloj cinka, a na drugoj mješavina mangan-dioksida i biljne gume. Elektrolit je bila vlaga sadržana u papiru. Takav stup je proizvodio visok napon, ali vrlo malu struju. Upravo je Zamboni stub omogućavao da šolje zveckaju u zvonu, koji se nalazi u Clarendon laboratoriji u Oksfordu, već skoro dva veka. Međutim, takva baterija nije prikladna za praktične svrhe.

Prvu suvu galvansku ćeliju koja se mogla koristiti u praksi patentirao je 1886. njemački inženjer Karl Gassner (1855–1942). Hemijske reakcije koje su se u njemu odvijale bile su iste kao u prethodnim projektima: Zn + 2MnO 2 + 2NH 4 Cl → 2MnO(OH) + Cl 2. U ovom slučaju, cink elektroda je istovremeno služila kao vanjski spremnik. Elektrolit je bila mješavina brašna i gipsa; na njemu je apsorbirana otopina amonijum i cink hlorida (gips je kasnije zamijenjen škrobom). Dodavanje cink klorida u elektrolit značajno je smanjilo koroziju cink elektrode i produžilo vijek trajanja ćelije. Pozitivna elektroda bila je karbonska šipka, koja je bila okružena masom mangan-dioksida i čađi u papirnoj vrećici. Element je odozgo zapečaćen bitumenom. Kapacitet elemenata je kompenzovan njihovom veličinom. Gassnerov element soli je, općenito govoreći, opstao do danas i proizvodi se u količinama od više milijardi komada godišnje. Ali u dvadesetom veku, takmičili su se sa alkalnim elementima, koji se ponekad pogrešno nazivaju „alkalnim“, bez truda da pogledaju u rečnik kada se prevodi sa engleskog.

U zaključku, napominjemo da su galvanske baterije jednog ili drugog dizajna bile glavni izvori električne energije sve do izuma dinama.

Elektromotorna sila. - "Elementi".

Doktor fizičkih i matematičkih nauka V. OLSHANSKY

MISTERIJNI TRIUMF

Volta demonstrira svoj izum Napoleonu - Voltajski stub.

Luiđi Galvani (1737-1798).

Lucia Galeazzi, Galvanijeva žena.

U svojim eksperimentima Galvani je koristio elektroforsku mašinu sličnu ovoj.

Galvani, njegova supruga i asistent provode eksperiment u svojoj kućnoj laboratoriji. A. Muzzi, 1862.

Žaba pripremljena za eksperimente sa elektroforom i Leyden teglom. Crtež iz Galvanijeve rasprave.

Šema eksperimenta za proučavanje atmosferskog elektriciteta. Detektor je žablja noga čiji je živac spojen na gromobran, a mišić je provodnikom povezan s vodom u bunaru. Crtež iz Galvanijeve rasprave.

Alessandro Volta (1745-1827).

Voltaični stup koji se sastoji od metalnih diskova razdvojenih krugovima mokre tkanine.

Godine 1801. u Parizu se dogodio upečatljiv događaj, koji su više puta opisivali istoričari nauke: u prisustvu Napoleona Bonapartea predstavljena je prezentacija djela „Vještački električni organ koji imitira prirodni električni organ jegulje ili raža“ sa demonstracija modela ovog organa. Napoleon je velikodušno nagradio autora: odlikovana je medalja u čast naučnika i ustanovljena je nagrada od 80.000 ekua. Sva vodeća naučna društva tog vremena, uključujući i Petrogradsku akademiju nauka, izrazila su želju da ga vide u svojim redovima, a najbolji univerziteti u Evropi bili su spremni da mu daju svoje katedre. Kasnije je dobio titulu grofa i imenovan za člana Senata Kraljevine Italije. Ime ovog čovjeka danas je dobro poznato, a razne verzije vještačkih električnih organa koje imitiraju prirodne proizvode se u milijardama količina. Riječ je o Alessandru Volti i njegovom izumu - Voltaic Column, prototipu svih modernih baterija i akumulatora. Kakve veze ima Voltajski stup sa električnim organima riba - o tome kasnije, ali za sada obratimo pažnju na činjenicu da je demonstracija izvedena sa naglašenom pompom i pred velikom gomilom ljudi.

Voltaični stup je navodno proizvodio napon od 40-50 volti i struju manju od jednog ampera. Šta je tačno Volta morao da pokaže da bi zaokupio svačiju maštu? Zamislite da to nije Volta, već vi, stojite ispred Napoleona sa kutijom punom najboljih baterija i želite s njima demonstrirati nešto spektakularno. Sijalice, motori, plejeri itd. jos nisu ni ideja. Grubo govoreći, gdje je Volta mogao staviti svoje baterije?

U to vrijeme elektroforna mašina je već odavno bila poznata; Leydenska posuda je izumljena više od 50 godina ranije. Sve što je povezano sa varnicom, pucketanjem, užarenim naelektrisanim kuglicama i istovremenim skakanjem veće grupe ljudi od strujnog udara demonstrirano je više puta i nije izazvalo ni mali deo ovakvih počasti i nagrada. Zašto je trijumf pao na udio Voltaičnog stupa?

Očigledno je tajna uspjeha bila u tome što je Volta prije Napoleona ponovio eksperimente oživljavanja odsječenih članova uz pomoć malih količina struje. „Nisam ih radio samo na žabama, već i na jeguljama i drugim ribama, na gušterima, daždevnjacima, zmijama i, što je još važnije, na malim toplokrvnim životinjama, odnosno miševima i pticama“, napisao je naučnik 1792. godine u samom početak istraživanja koje je na kraju dovelo do velikog izuma. Zamislite razne odsječene dijelove raznih životinja kako leže potpuno nepomično, kako i dolikuje odsječenim udovima iz kojih je potekla životna snaga. Najmanji dodir Voltaičnog stupa - i meso oživi, ​​zadrhti, skupi se i zadrhti. Da li je u istoriji nauke bilo još neverovatnih eksperimenata?

Ali svi znaju da ideja o ovim eksperimentima nije pripadala Volti, već Luigiju Galvaniju. Zašto nije bio počašćen prvi, ili barem pored Volte? Razlog nije u tome što je Galvani do tada već umro - da je preživio, Napoleonova nagrada bi najvjerovatnije pripala Volti. I ne radi se o Napoleonu - u narednim godinama on nije bio jedini koji je uzdigao Voltu i omalovažavao Galvanija. I bilo je razloga za to.

TVRDOGLAVI "BAZEN ZA ŽABE"

Iz udžbenika fizike o Luiđiju (ili, latinizirano, Alojziju) Galvaniju, poznato je otprilike sljedeće: talijanski ljekar, anatom i fiziolog s kraja 18. vijeka; Slučajno je naišao na fenomen, nazvan “Galvanijev eksperiment”, i nije ga mogao ispravno objasniti, budući da je pošao od lažne hipoteze o postojanju neke vrste životinjskog elektriciteta. No, fizičar Alessandro Volta uspio je razumjeti taj fenomen i na njemu stvoriti koristan uređaj.

Čini se da je slika jasna: anatom je sjekao žabe (šta drugo anatom može učiniti?), slučajno je naišao na činjenicu da se noga trza pod utjecajem struje i ništa nije razumio - on nije fizičar, kako može da shvati suštinu stvari. Volta, fizičar, sve je pažljivo ponovio, tačno objasnio, pa čak i praksom potvrdio. A to što su anatom i doktor, što zbog tvrdoglavosti, što zbog nepromišljenosti, nastavili da insistiraju na svome, potpuno ga loše karakteriše.

Nije jasno zašto se pokazalo da je čovječanstvo toliko podržavalo ovog doktora da je njegovo ime dalo strujama provodljivosti, i čitavoj oblasti fizike, i uređaju za mjerenje struje, i najvažnijem tehnološkom procesu elektrohemijskog taloženja metalnih prevlaka. , pa čak i izvori struje koje je izmislio Volta. Nijedan od najpoznatijih fizičara - ni Newton, ni Descartes, ni Leibniz, ni Huygens, ni miljenik klasične fizike, James Clerk Maxwell - nije povezan s toliko pojmova.

Ali evo ono što je smiješno: kada su u pitanju nefizička polja, termini povezani s imenom Galvani su prilično respektabilni i stabilni: galvanska terapija, galvanska kupka, galvanotaksija. Ako se radi o fizici, onda za svaki galvanski pojam postoji antigalvanski termin: ne galvanometar, već ampermetar; ne galvanska struja, već struja provodljivosti; nije galvanska ćelija, već hemijski izvor struje. Što je udžbenik fizike ortodoksniji, to je manje vjerovatno da će se u njemu naći ne samo spominjanje Galvanijevih naučnih zasluga, već i galvanska terminologija. Zvanične vlasti carstva Sir Isaaca Newtona, ili "ljudi iz ceha" kako ih je nazvao Goethe, jasno uskraćuju državljanstvo Luiđiju Galvaniju, ali neko stalno ispisuje njegovo ime na zidovima hrama nauke i podsjeća na njegovo postojanje.

A sada ćemo govoriti o istraživanju provedenom gotovo dvije stotine godina nakon objavljivanja Gilbertovog rada. Povezuju se sa imenima italijanskog profesora anatomije i medicine Luigija Galvanija i italijanskog profesora fizike Alessandra Volte.

U laboratoriji za anatomiju Univerziteta u Boulogneu, Luigi Galvani je izveo eksperiment, čiji je opis šokirao naučnike širom svijeta. Žabe su secirane na laboratorijskom stolu. Cilj eksperimenta bio je demonstrirati i promatrati gole živce njihovih udova. Na ovom stolu nalazila se elektrostatička mašina uz pomoć koje se stvarala i proučavala iskra. Navedimo izjave samog Luigija Galvanija iz njegovog djela “O električnim silama tokom mišićnih pokreta”: “...Jedan od mojih pomoćnika je slučajno vrlo lagano dodirnuo šiljkom unutrašnje femoralne živce žabe. Žablja noga se naglo trgnula. ” I dalje: „... Ovo je moguće kada se iskra izvuče iz kondenzatora mašine.”

Ovaj fenomen se može objasniti na sljedeći način. Na atome i molekule zraka u području u kojem se javlja iskra djeluje promjenjivo električno polje, zbog čega dobivaju električni naboj i prestaju biti neutralni. Nastali ioni i električno nabijeni molekuli šire se na određenoj, relativno kratkoj udaljenosti od elektrostatičke mašine, jer prilikom kretanja, sudarajući se s molekulima zraka, gube naboj. Istovremeno se mogu akumulirati na metalnim predmetima koji su dobro izolirani od površine zemlje, a ispuštaju se ako dođe do vodljivog električnog kola prema zemlji. Pod u laboratoriji je bio suh, drveni. Dobro je izolovao prostoriju u kojoj je Galvani radio od zemlje. Predmet na kojem su se nakupljali naboji bio je metalni skalpel. Čak i lagani dodir skalpela na živac žabe doveo je do "pražnjenja" statičkog elektriciteta nakupljenog na skalpelu, uzrokujući povlačenje noge bez ikakvog mehaničkog uništenja. Sam fenomen sekundarnog pražnjenja, uzrokovan elektrostatičkom indukcijom, bio je već tada poznat.

Briljantan talenat eksperimentatora i provođenje velikog broja različitih studija omogućili su Galvaniju da otkrije još jedan fenomen važan za daljnji razvoj elektrotehnike. U toku su eksperimenti za proučavanje atmosferskog elektriciteta. Citiramo samog Galvanija: "... Umoran... od uzaludnog čekanja... počeo... da pritišće bakarne kuke zabodene u kičmenu moždinu na gvozdenu rešetku - žablje noge su se smanjile." Rezultati eksperimenta, sprovedenog ne na otvorenom, već u zatvorenom prostoru, u nedostatku ikakvih elektrostatičkih mašina, potvrdili su da se kontrakcija mišića žabe, slična kontrakciji izazvanoj varnicom elektrostatičke mašine, dešava kada se žabino telo dodirne. istovremeno dva različita metalna predmeta - žica i ploča od bakra, srebra ili željeza. Niko prije Galvanija nije primijetio takav fenomen. Na osnovu rezultata zapažanja, on donosi hrabar, nedvosmislen zaključak. Postoji još jedan izvor električne energije, to je „životinjski“ elektricitet (izraz je ekvivalentan terminu „električna aktivnost živog tkiva“). Živi mišić, tvrdio je Galvani, je kondenzator poput Leyden tegle, u njemu se akumulira pozitivni elektricitet. Žablji živac služi kao unutrašnji "provodnik". Spajanjem dva metalna provodnika na mišić dolazi do pojave električne struje, koja, poput iskre iz elektrostatičke mašine, uzrokuje kontrakciju mišića.

Galvani je eksperimentirao kako bi dobio nedvosmislen rezultat samo na mišićima žabe. Možda mu je to omogućilo da predloži korištenje "fiziološkog preparata" žabljeg kraka kao mjerača za količinu električne energije. Mjerilo količine struje, za čiju je procjenu služio sličan fiziološki indikator, bila je aktivnost podizanja i spuštanja šape kada dođe u dodir s metalnom pločom, koju istovremeno dodiruje kuka koja prolazi kroz kičmenu moždinu. žabe i učestalost podizanja šape u jedinici vremena. Neko vrijeme su takav fiziološki pokazatelj koristili čak i istaknuti fizičari, a posebno Georg Ohm.

Galvanijev elektrofiziološki eksperiment omogućio je Alessandru Volti da stvori prvi elektrohemijski izvor električne energije, što je zauzvrat otvorilo novu eru u razvoju elektrotehnike.

Alessandro Volta bio je jedan od prvih koji je cijenio Galvanijevo otkriće. Sa velikom pažnjom ponavlja Galvanijeve eksperimente i dobija mnogo podataka koji potvrđuju njegove rezultate. Ali već u svojim prvim člancima “O životinjskom elektricitetu” i u pismu dr. Boroniju od 3. aprila 1792. Volta, za razliku od Galvanija, koji posmatrane pojave tumači sa stanovišta “životinjskog” elektriciteta, ističe hemijske i fizičke pojave. Volta utvrđuje važnost upotrebe različitih metala (cink, bakar, olovo, srebro, željezo) za ove eksperimente, između kojih se stavlja krpa natopljena kiselinom.

Evo šta Volta piše: "U Galvanijevim eksperimentima izvor električne energije je žaba. Međutim, šta je žaba ili bilo koja životinja općenito? To su prije svega živci i mišići, i oni sadrže razne hemijske spojeve. nervi i mišići raščlanjene žabe se kombinuju sa dva različita metala, onda kada se takvo kolo zatvori javlja se električni efekat.U mom poslednjem eksperimentu su učestvovala i dva različita metala - to su staniol (olovo) i srebro, a uloga tečnosti je igrala pljuvačka jezika.Zatvaranjem strujnog kola spojnom pločom stvorio sam uslove za neprekidno kretanje električne tečnosti sa jednog mesta na drugo.Ali sam te iste metalne predmete jednostavno mogao staviti u vodu ili u tečnost sličnu pljuvački? Kakve veze ima "životinjski" elektricitet s tim?"

Eksperimenti koje je proveo Volta omogućuju nam da formuliramo zaključak da je izvor električnog djelovanja lanac različitih metala kada dođu u dodir s vlažnom krpom ili krpom natopljenom kiselinom.

U jednom od pisama svom prijatelju, doktoru Vasagiju (opet primjer doktorovog interesovanja za elektricitet), Volta je napisao: „Odavno sam bio uvjeren da sve djelovanje dolazi od metala iz čijeg kontakta električni fluid ulazi vlažno ili vodeno tijelo.Na osnovu toga, vjerujem da on ima pravo da sve nove električne pojave pripiše metalima i zamijeni naziv „životinjski elektricitet“ izrazom „metalni elektricitet“.

Prema Volti, žablje noge su osjetljivi elektroskop. Između Galvanija i Volte, kao i između njihovih sljedbenika, nastao je povijesni spor - spor oko "životinjske" ili "metalne" struje.

Galvani nije odustajao. U potpunosti je isključio metal iz eksperimenta, pa čak i secirao žabe staklenim noževima. Pokazalo se da je čak i kod takvog eksperimenta kontakt femoralnog živca žabe s njegovim mišićem doveo do jasno primjetne, iako mnogo manje kontrakcije nego uz sudjelovanje metala. Ovo je bilo prvo snimanje bioelektričnih fenomena na kojima se zasniva savremena elektrodijagnostika kardiovaskularnog i niza drugih ljudskih sistema.

Volta pokušava otkriti prirodu otkrivenih neobičnih fenomena. On za sebe jasno formuliše sledeći problem: „Šta je uzrok nastanka elektriciteta?“ Pitao sam se na isti način kao što bi to svako od vas uradio. Razmišljanja su me dovela do jednog rešenja: od kontakta dva različita metala na primjer srebra i cinka narušava se ravnoteža elektriciteta u oba metala.Na mjestu kontakta metala pozitivni elektricitet se usmjerava od srebra do cinka i akumulira se na potonjem, dok se negativan elektricitet koncentriše na srebro. znači da se električna materija kreće u određenom pravcu.Kada sam stavio ploče od srebra i cinka jednu na drugu bez međuodstojnika, odnosno cink ploče su bile u kontaktu sa srebrnim, onda je njihov ukupni efekat sveo na nulu. Da bi se pojačao električni efekat ili sumirao, svaku cink ploču treba dovesti u kontakt sa samo jednim srebrom i uzastopno dodati najveći broj parova. To se postiže upravo stavljanjem mokrog komada tkanine na svaku pocinčanu ploču, čime se odvaja od srebrne ploče sljedećeg para." Mnogo toga što je Volta rekao ne gubi na značaju ni sada, u svjetlu modernih naučnih ideja.

Nažalost, ovaj spor je tragično prekinut. Napoleonova vojska je okupirala Italiju. Zbog odbijanja da se zakune na vjernost novoj vladi, Galvani je izgubio fotelju, dobio je otkaz i ubrzo umro. Drugi učesnik spora, Volta, doživio je puno priznanje otkrića oba naučnika. U istorijskom sporu, oboje su bili u pravu. Biolog Galvani ušao je u istoriju nauke kao osnivač bioelektričnosti, fizičar Volta - kao osnivač elektrohemijskih izvora struje.

Glasnik ere elektrotehnike Alessandro Volta

Do 200. godišnjice prvog izvora električne struje

Jan Schneiberg, D. Charlet

Alessandro Volta je bio, kako se sada kaže, kultna figura u istoriji električne energije, elektrotehnike i telekomunikacija.

U poslednjoj četvrtini 18. veka već se mnogo znalo o svojstvima misteriozne „električne sile“. Elektrostatičke frikcione mašine dizajnirane su za proizvodnju električnih naboja (Francis Gouxby, Engleska), otkriven je fenomen električne provodljivosti (Stephen Gray, Engleska) i dat je koncept dvije vrste elektriciteta - "staklo" i "smola" - naknadno " pozitivno” i “negativno” (Charles Dufay, Francuska). Stvoren je uređaj za skladištenje električnih naboja - prvi kondenzator, tzv. "Leyden jar" (Ewald Kleist, Pomerania, i Pieter van Mussenbroek, Holandija), munja je "ukroćena" (B. Franklin, SAD) pomoću gromobran (u svakodnevnom rječniku "gromovod") . Konačno, uspostavljen je Prvi zakon elektrostatike (Charles Coulomb, Francuska).

No, epohalno otkriće Volte - "kontaktnog elektriciteta" - kao da je sumiralo sve ranije postignute rezultate i dalo snažan poticaj novim, dubljem proučavanju prirode elektriciteta i mogućnosti njegove praktične primjene.

Alessandro Volta rođen je 18. februara 1745. na porodičnom imanju svojih predaka, u blizini gradića Como u sjevernoj Italiji. Potiče iz aristokratske porodice, majka mu je bila vojvotkinja Maddalena Inzai. U svojim najranijim godinama, Alessandro je patio od kašnjenja u fizičkom i mentalnom razvoju, a počeo je govoriti tek u dobi od četiri godine. Tada je njegov razvoj išao vrlo brzo. Suprotno njegovoj sudbinskoj karijeri sveštenika, zainteresovao se za fizičke eksperimente i već sa 18 godina dopisivao se sa jednim od najistaknutijih elektrofizičara tog vremena, demonstratorom spektakularnih javnih električnih eksperimenata, opatom Jeanom Nolletom.

Alessandro Volta

Od 1774. do 1779. godine Volta je profesor fizike u Kraljevskoj školi Como. Sa 26 godina objavio je svoj prvi naučni rad, “Empirijska istraživanja metoda za pobuđivanje elektriciteta i poboljšanje dizajna mašine”. Svoj prvi ozbiljni izum napravio je 1772. Bio je to takozvani kondenzatorski elektroskop sa divergentnim slamčicama (koji spaja elektroskop sa kondenzatorom), koji je imao mnogo veću osjetljivost od prethodnih elektroskopa sa kuglicama od plute ili bazge okačenim na niti. Uređaj je imao metrička svojstva, jer se pokazalo da je otklon slamki pod uglom do 30° proporcionalan naboju elektroskopa. Elektroskop je dugi niz godina bio glavni mjerni instrument koji su koristili sam Volta i drugi istraživači.

Sa trideset godina Volta je postao poznat. Izumio je elektrofor od smole, ili, kako ga je sam pronalazač nazvao, “elettrophoro perpetuo”, što znači “trajni nosilac električne energije”. Elektroforna mašina koristila je fenomen naelektrisanja putem indukcije, dok se u elektrostatičkim mašinama električna energija proizvodila trenjem. Uređaj je izuzetno jednostavan, a ujedno i izuzetno originalan. Sastoji se od dva metalna diska. Jedan, recimo donji, prekriven je slojem smole. Kada trljate rukom, kožnom rukavicom ili krznom, disk se puni negativnim elektricitetom. Ako donesete gornji disk na njega, potonji će se napuniti kao što je prikazano na sl. 1 a. Kada se nevezani elektricitet preusmjeri u zemlju (slika 1b), barem prstom eksperimentatora, gornji disk će biti pozitivno nabijen. Možete ga podići i ukloniti punjenje iz njega (slika 1 c). Ponavljanjem ciklusa spuštanja i podizanja gornjeg diska više puta, možete povećati punjenje isto toliko puta.

Rice. 1. Dijagram koji objašnjava rad Voltinog elektrofora

Volta je naveo da njegov elektrofor „nastavlja da radi čak i tri dana nakon punjenja“. I dalje: „Moja mašina omogućava dobijanje struje u bilo kom vremenu i proizvodi efekat koji je bolji od najboljeg diska i lopte (elektrostatički - prim. autora) mašine." Dakle, elektrofor je uređaj koji omogućava dobijanje snažnih pražnjenja statičkog elektriciteta. Volta izvučena iz njega "iskri deset ili dvanaest prstiju debljine pa čak i više..." Voltin elektrofor poslužio je kao osnova za konstrukciju čitava klasa indukcionih, takozvanih "elektrofora"", automobila.

Polemički komentar. Neki istoričari fizike i elektrotehnike smatraju da Volta nije izumio elektrofor, već je samo poboljšao uređaj koji je ranije izumio akademik iz Sankt Peterburga Franz Epinus. Zaista, 1758. godine Epinus je predložio teoriju o prenošenju "električnosti putem utjecaja" - metodom elektrostatičke indukcije, odnosno, u modernoj terminologiji, izumio je metodu. Takođe je napravio prvi uređaj koji dokazuje ovu mogućnost. Sastojao se od metalne posude u koju je umetnuta izlivena masa naelektriziranog sumpora i potom uklonjena. Ispostavilo se da su i čaša i sumpor električno nabijeni.

Međutim, Epinus nije otišao dalje od laboratorijske demonstracije, a uređaj koji je izumio nije dobio praktičnu primjenu. Volta je, na osnovu metode koju je izmislio Epinus, izmislio originalni elektrofor, koji daje novi tehnički efekat u poređenju sa prototipom, koji je, prema svim kanonima patentnog prava, priznat kao izum. Ovo je tipično za istoriju tehnologije. Jednom izmišljena, metoda je omogućila korištenje njenog principa za stvaranje, odnosno izmišljanje raznih uređaja. Na primjer, P. Schilling je izumio metodu elektromagnetne telegrafije i prvi uređaj za njenu implementaciju. Zatim su, na istom principu, C. Wheatstone i W. Cook izmislili telegraf sa pokazivačem, a Morse je izumio štamparski telegraf. Svi se oni s pravom smatraju izumiteljima.

Sam Volta je priznao da je Apinus realizovao ideju o elektroforu, ali nije konstruisao kompletan uređaj.

Godine 1776. Volta je izumio plinski pištolj - "Volta pištolj", u kojem je plin metan eksplodirao iz električne varnice.

Godine 1779. Volta je pozvan da preuzme katedru fizike na univerzitetu sa hiljadugodišnjom istorijom u gradu Pavia, gdje je radio 36 godina.

Progresivan i hrabar profesor, prekida sa latinskim jezikom i predaje studentima iz knjiga napisanih na italijanskom.

Volta mnogo putuje: Brisel, Amsterdam, Pariz, London, Berlin. U svakom gradu dočekuju ga skupovi naučnika, slave ga sa počastima i uručuju mu zlatne medalje. Međutim, Voltin "najbolji čas" je još uvijek pred nama; doći će za više od dvije decenije. U međuvremenu se petnaestak godina udaljava od istraživanja električne energije, živi odmjerenim profesorskim životom i bavi se raznim stvarima koje ga zanimaju. U dobi od preko četrdeset godina, Volta se oženio plemenitom Terezom Pelegrinom, koja mu je rodila tri sina.

A sada - senzacija! Profesor nailazi na upravo objavljenu Galvanijevu raspravu “O električnim silama u mišićnom kretanju”. Zanimljiva je transformacija Voltine pozicije. Isprva on tu raspravu doživljava sa skepticizmom. Zatim je ponovio Galvanijeve eksperimente i već 3. aprila 1792. pisao potonjem: „... otkako sam postao očevidac i posmatrao ova čuda, ja sam, možda, od nepoverenja prešao u fanatizam.

Međutim, ovo stanje nije dugo trajalo. 5. maja 1792. na svom univerzitetskom predavanju veliča Galvanijeve eksperimente, ali već sledeće predavanje, 14. maja, izvedeno je na polemičan način, izražavajući ideju da je žaba najverovatnije samo indikator električne struje. , "elektrometar, desetine puta osjetljiviji čak i od najosjetljivijeg elektrometra sa zlatnim listićima."

Ubrzo oštro oko fizičara primjećuje nešto što nije privuklo pažnju fiziologa Galvanija: drhtanje žabljih nogu uočava se samo kada je dodirnu žice od dva različita metala. Volta sugerira da mišići ne sudjeluju u stvaranju električne energije, a njihova kontrakcija je sekundarni efekat uzrokovan stimulacijom živca. Da bi to dokazao, izvodi poznati eksperiment u kojem se na jeziku uočava kiselkast okus kada se na njegov vrh stavi limena ili olovna ploča, a na sredinu jezika ili na obraz nanese srebrni ili zlatnik i ploča i novčić su povezani žicom. Sličan okus osjećamo kada istovremeno ližemo dva kontakta baterije. Kiseli okus prelazi u „alkalan“, odnosno daje gorak okus, ako se metalni predmeti zamijene na jeziku.

U junu 1792., samo tri mjeseca nakon što je Volta počeo ponavljati Galvanijeve eksperimente, više nije sumnjao: „Dakle, metali nisu samo odlični provodnici, već i motori električne energije; oni ne samo da pružaju najlakši put koji prolazi kroz električnu energiju.

tečnost, ... ali oni sami uzrokuju istu neravnotežu tako što izvlače ovu tekućinu i unose je, slično onome što se dešava kada trljate idioelektrike" (tako su zvali tijela koja su u Voltino vrijeme naelektrizirana trenjem - prim. autora).

Tako je Volta uspostavio zakon kontaktnih naprezanja: dva različita metala uzrokuju „neravnotežu ravnoteže“ (u modernim terminima, stvaraju potencijalnu razliku) između oba, nakon čega je predložio da se električna energija dobijena na ovaj način ne zove „životinjski“, već „ metalik”. Time je započeo njegov sedmogodišnji put do zaista velike kreacije.

Prva serija jedinstvenih eksperimenata mjerenja kontaktnih potencijalnih razlika (CPD) rezultirala je kompilacijom čuvene “Volta serije” u kojoj su elementi raspoređeni u sljedećem redoslijedu: cink, kalajna folija, olovo, kalaj, željezo, bronza, bakar, platina, zlato, srebro, živa, grafit (Volta je greškom klasifikovao grafit kao metal - prim. autora).

Svaki od njih, dolazeći u kontakt s bilo kojim od sljedećih članova niza, prima pozitivan naboj, a ovaj sljedeći dobiva negativan naboj. Na primjer, željezo (+) / bakar (-); cink (+) / srebro (-) itd. Volta je silu nastalu kontaktom dva metala nazvao elektropobudnom, odnosno elektromotornom silom. Ova sila pokreće elektricitet tako da se stvara razlika napona između metala. Volta je dalje ustanovio da će razlika napona biti veća što su metali dalje locirani jedan od drugog. Na primjer, željezo/bakar - 2, olovo/kalaj - 1, cink/srebro - 12.

Godine 1796-1797 Otkriven je važan zakon: razlika potencijala između dva člana niza jednaka je zbroju potencijalnih razlika svih međučlanova:

A/B + B/C + C/D + D/E + E/F = A/F.

Zaista, 12 = 1 + 2 + 3 + 1 + 5.

Osim toga, eksperimenti su pokazali da se razlike napona ne javljaju u "zatvorenom nizu": A/B + B/C + C/D + D/A = 0. To je značilo da kroz nekoliko čisto metalnih kontakata nije bilo moguće postići veće napone nego direktnim kontaktom samo dva metala.

Sa moderne tačke gledišta, teorija kontaktnog elektriciteta koju je predložio Volta bila je pogrešna. Računao je na mogućnost kontinuiranog dobijanja energije u obliku galvanske struje bez trošenja bilo koje druge vrste energije.

Ipak, krajem 1799. Volta je uspio postići ono što je želio. Prvo je ustanovio da kada dva metala dođu u kontakt, jedan prima više naprezanja od drugog. Na primjer, kada se spajaju bakrene i pocinčane ploče, bakarna ploča ima potencijal 1, a cink ploča ima potencijal 12. Brojni kasniji eksperimenti doveli su Voltu do zaključka da kontinuirana električna struja može nastati samo u zatvorenom kolu sastavljenom raznih provodnika - metala (koje je nazvao provodnicima prve klase) i tečnosti (koje je nazvao provodnicima druge klase).

Tako je Volta, ne shvaćajući to u potpunosti, došao do stvaranja elektrohemijskog elementa čije se djelovanje temeljilo na pretvaranju kemijske energije u električnu.

Rice. 2. Vrste galvanskih ćelija koje je Volta prikazao u pismu Banksu: gore - čaša baterija, ispod - varijante "voltaičnih stubova".

Volta je bio u stanju da dobije značajne napone postavljajući kolonu krugova identičnih kontaktnih parova metala, identično orijentisanih i razdvojenih odstojnicima od mokre tkanine. Sam Volta je ilustrovao suštinu ovoga koristeći primjer svoje čaše baterije (slika 2 iznad). U lijevoj čaši nalazi se jedna bakarna ploča, njen potencijal je 1. U sljedeće tri čaše, lijeve ploče su cink, desne su bakrene; u posljednjoj čaši - cink; svaki cink u jednoj šoljici je spojen metalnom mašnom sa bakrenom u sledećoj šolji. Prva cinkova ploča ima potencijal 12. Volta je pretpostavio da dvije metalne ploče razdvojene tekućinom postižu isti potencijal. Prema tome, drugi bakar će takođe imati potencijal od 12, a drugi cink će imati potencijal od 12 + 11 = 23; treći cink 12 + 2 * 11 = = 34; četvrti 12 + 3 * 11 = 45, itd. Na primjer, 10. cink će steći potencijal od 12 + 9 * 11 = 111.

Volta je prijavio svoje otkriće u pismu od 20. marta 1800. predsjedniku Kraljevskog društva Londona, Josephu Banksu. U poruci "O elektricitetu pobuđenom jednostavnim dodirom jednostavnih provodnih supstanci" piše: "...imam zadovoljstvo izvestiti neke zadivljujuće rezultate koje sam dobio. Glavni od ovih rezultata... je stvaranje uređaja koji neprekidno radi... ., stvara neuništivo punjenje, daje kontinuirani impuls električnoj tekućini." I dalje: „Projektil o kome govorim – i ovo će vas iznenaditi –... nije ništa drugo do skup dobrih provodnika raznih vrsta, raspoređenih na određeni način. Dvadeset, četrdeset ili šezdeset krugova od bakra ili čak bolje, srebro, svaki presavijen krugom od kalaja ili boljeg cinka, i isto toliko slojeva vode ili neke druge tekućine koja bolje provodi od vode, npr. slani rastvor, lužina i sl., ili komadi kartona, kože , itd., dobro navlažio ove tečnosti, a ti slojevi se nalaze između dva različita metala svakog para. To je sve što čini moj novi instrument." Sam Volta je prvobitno predložio da se njegov uređaj, projektil ili instrument nazove "vještački električni organ", a zatim ga je preimenovao u "elektromotorni stup". Kasnije su Francuzi počeli zvati ovaj uređaj "galvanski stub" ili "voltaični stub".

Volta je bio odgovoran za uvođenje pojmova “kapacitivnost”, “kolo”, “elektromotorna sila”, “razlika napona”.

Čast i slava su došli do pronalazača. U Francuskoj se kuje medalja u njegovu čast, a prvi konzul Direktorata, general Bonaparte, osniva fond od 200.000 franaka za „briljantne otkrivače” u oblasti električne energije i dodeljuje prvu nagradu autoru stuba. Volta postaje vitez Legije časti, Gvozdenog krsta, dobija titulu senatora i grofa, postaje član Pariške i Sankt Peterburgske akademije nauka, član Kraljevskog društva u Londonu, koje mu dodeljuje Coplay Zlatna medalja.

Stvaranje "voltaičnog stuba" bio je revolucionarni događaj u nauci o elektricitetu, pripremio je temelj za nastanak moderne elektrotehnike i imao je ogroman uticaj na čitavu istoriju ljudske civilizacije. Nije iznenađujuće da je Voltin savremenik, francuski akademik D. Arago, smatrao Voltaički stub „...najneobičnijim uređajem koji su ljudi ikada stvorili, ne isključujući teleskop i parnu mašinu“.

U prvoj trećini 19. veka „Volta stub“ je ostao jedini izvor električne struje, koji su za svoje eksperimente i otkrića uspešno koristili veliki naučnici - V. Petrov, X. Davy, A.-M. Ampere, M. Faraday.

Među njima, prvi koji je poboljšao „voltaični stub“ bio je Vasilij Petrov, profesor fizike na Medicinsko-hirurškoj akademiji u Sankt Peterburgu. On je istakao da se intenzivnija struja može dobiti iz snažnije baterije. Godine 1802. stvorio je jedinstveni izvor struje visokog napona (oko 1700 V), koji je nazvao "ogromna baterija". Ova baterija se sastojala od 2100 bakarno-cink ćelija (baterije koje su postojale u Evropi u to vreme imale su 15-20 elemenata). U svom eseju “Vijesti o Galvani-Volta eksperimentima”, objavljenom 1803. godine, V. Petrov je opisao fenomen električnog luka koji je otkrio i ukazao da svojom “jakom svjetlošću, sličnom sunčevoj svjetlosti ili plamenu, mračna soba može biti prilično jasno osvijetljena.” To je označilo početak dva pravca: električnog topljenja metala i njihovog izvlačenja iz ruda i stvaranja električnih lučnih lampi.

Volta je imao sreću da doživi najvažnija otkrića do kojih je došao pomoću njegovog izuma: djelovanje struje na magnetsku iglu, međusobnu rotaciju provodnika sa strujom i magneta (prototip elektromotora), Amperov razvoj osnova elektrodinamike. Godine 1819. Volta je napustio svoju profesorsku funkciju.

Umro je u svom rodnom gradu 1827. godine u dobi od 82 godine.

Za njegovog života kružile su legende o Volti. Da bi dokazao svoju teoriju o "kontaktnom elektricitetu", 1794. godine izveo je eksperiment "Mokri kvartet". Četiri muškarca mokrih ruku stajala su u krugu. Zatim je prvi desnom rukom uzeo cink ploču, a lijevom dodirnuo jezik drugog; drugi je dodirnuo očnu jabučicu trećeg, koji je držao seciranu žabu za noge, a četvrti je desnom rukom uhvatio njeno tijelo, a lijevom je prinio srebrni tanjir cink ploči, koju je prvi držao desnom ruku. U trenutku kontakta, prvi je naglo zadrhtao, drugi se trgnuo od okusa “limuna” u ustima, treći je dobio iskre iz očiju, četvrti je osjetio neugodne osjećaje, a žaba kao da je oživjela i zadrhtala. Ovaj prizor šokirao je očevice.

Voltin naučni doprinos su veoma cenili njegovi savremenici - smatran je najvećim fizičarom u Italiji posle Galileja. Na osnovu Voltinog izuma, do kraja 19. stoljeća, predloženo je oko dvjesto varijanti "voltaičnog stupa" - elektrohemijskih izvora struje.

Uspomena na Voltu je ovjekovječena 1881. godine na Međunarodnom kongresu električara u Parizu, gdje je jedna od najvažnijih električnih jedinica - jedinica napona - dobila naziv "volt".

Stvaranjem “voltaičnog stupa” okončana je era elektrostatike i označila početak ere elektrotehnike.

Tako je na prijelazu iz 18. u 19. stoljeće došlo do prijelaza sa električne energije za nauku u električnu energiju za čovječanstvo - za industriju, svakodnevni život i kulturu.

Književnost

1. Llozzi M. Istorija fizike. Per. iz italijanskog - M.: Mir, 1970.
2. Lebedev V. Elektrika, magnetizam i elektrotehnika u njihovom istorijskom razvoju. - M.-L.: N.-t. Izdavačka kuća NKTP SSSR, 1937.
3. Kartsev V. Avanture velikih jednačina. - M.: Znanje, 1978.
4. Dorfman Ya. G. Svjetska historija fizike od antičkih vremena do kraja 18. stoljeća. - M.: Nauka, 1974.
5. Samarin M. S. Volt, Amper, Ohm i druge jedinice fizičkih veličina u komunikacijskoj tehnologiji. - M.: Radio i komunikacija, 1988.
6. Rosenberg F. Istorija fizike. Dio III, br. I. - M.-L.: N.-t. Izdavačka kuća NKTP SSSR, 1935.
7. Veselovsky O. N., Shneyberg Ya. A. Eseji o istoriji elektrotehnike. - M.: Izdavačka kuća MPEI, 1993.
8. Rečnik naučne biografije. Vol. 14, 1976.