Luigi Galvani - ricercatore di bioelettricità

Nato il 9 settembre 1737 a Bologna (Stato Pontificio), vi visse e vi morì il 4 dicembre 1798, dopo aver vissuto ben 61 anni. Di professione era medico, fisico e filosofo, cosa abbastanza comune a quel tempo. Il suo nome latino è Aloysius Galvani.

Luigi Galvani fu il primo ad esplorare bioelettricità. Nel 1780 Luigi condusse esperimenti sui corpi di rane morte. Passò una corrente elettrica attraverso i loro muscoli e le loro zampe si contrassero, i muscoli iniziarono a contrarsi. Questo è stato il primo passo verso lo studio dei segnali del sistema nervoso.

breve biografia

Luigi Galvani (1737-1798)

Nato da Domenico e dalla sua quarta moglie, Barbara Foschi. I genitori di Luigi non erano aristocratici, ma avevano abbastanza soldi per educare uno dei loro figli. Luigi Galvani voleva ricevere un'educazione religiosa ecclesiastica, a quell'epoca era largamente prestigiosa, e studiò per 15 anni presso un istituto religioso, precisamente presso la cappella dei Padri Filippini (Oratorio dei Padri Filippini). In futuro aveva intenzione di prendere i voti religiosi, ma i suoi genitori lo convinsero a non farlo e a continuare ulteriormente la sua educazione. Intorno al 1755 Luigi entrò alla Facoltà di Lettere dell'Università di Bologna. Lì Luigi seguì un corso di medicina in cui studiò le opere Ippocrate, Galena E Avicenna (Ibn Sina). Oltre allo studio del lavoro, Luigi era impegnato nella pratica medica, compresa la chirurgia. Ciò gli ha permesso di approfondire gli studi e le ricerche bioelettricità.

Nel 1759 Luigi Galvani ottenne la laurea in medicina e filosofia, che gli diede diritto di tenere lezioni all'università dopo aver discusso la sua tesi, che difese il 21 giugno 1761. Già nel 1762 divenne docente onorario di anatomia e chirurgia. Nello stesso anno sposò Lucia Galeazzi, figlia di uno dei professori universitari. Luigi si trasferì a vivere nella casa del professor Galeazzi e lo aiutò nelle sue ricerche. Dopo la morte del suocero, avvenuta nel 1775, Luigi Galvani fu nominato maestro in sostituzione del defunto Galezzi.

La responsabilità di Galvani come membro dell'Accademia delle Scienze dal 1776 comprendeva la ricerca regolare nel campo dell'anatomia umana pratica. Gli veniva richiesto di pubblicare almeno uno studio all'anno.

Esperimenti con le rane

Dopo diversi anni Luigi Galvani cominciò a mostrare interesse per gli usi medici dell'elettricità. Quest’area di ricerca è emersa a partire dalla metà del XVIII secolo, dopo che furono scoperti gli effetti dell’elettricità sul corpo umano.

Schema dell'esperimento di Luigi Galvani con il corpo di una rana, intorno alla fine degli anni ottanta del Settecento

C'è una leggenda secondo la quale l'inizio degli esperimenti con bioelettricità si basava su un incidente accaduto come segue.

Luigi mise una rana morta su un tavolo per sperimentare con la sua pelle come generare elettricità statica. In precedenza, sul tavolo erano già stati condotti esperimenti con l'elettricità statica e si è scoperto che il suo assistente (assistente) ha toccato un bisturi di metallo con una carica elettrica sul nervo sciatico esposto della rana. Doveva aver intenzione di sezionarlo. Ma poi è successo qualcosa di inaspettato. L'assistente vide delle scintille e la zampa della rana morta si contrasse come se fosse viva.

Questa osservazione è stata il primo passo verso l’avvio della ricerca bioelettricità. È stata scoperta una connessione tra l'attività nervosa e l'elettricità, tra la vita biologica e i segnali elettrici. È diventato ovvio che l'attività muscolare viene svolta con l'aiuto dell'elettricità, con l'aiuto della corrente negli elettroliti. Prima di ciò, nella scienza era generalmente accettato che l'attività muscolare avvenisse attraverso una certa sostanza che prende il nome dagli elementi aria e acqua.

Galvani ha introdotto il termine - elettricità animale(elettricità animale) per descrivere la forza che attiva i muscoli. Questo fenomeno fu successivamente chiamato galvanismo (galvanismo), ma secondo Galvani su suggerimento dei suoi contemporanei.

Al momento, lo studio degli effetti galvanici della biologia viene effettuato in un campo come l'elettrofisiologia. Nome galvanismo utilizzato più in un contesto storico che in uno scientifico.

Galvani contro Volta

Professore di Fisica Sperimentale Alessandro Volta presso l'Università di Pavia fu il primo scienziato a dubitare della correttezza degli esperimenti di Galvani e a proseguire le sue ricerche.

Il suo obiettivo era determinare se la causa della contrazione muscolare fosse effettivamente bioelettricità, oppure si verifica a seguito del contatto metallico. Si era capito che le cellule viventi non possono generare elettricità, il che significa che non esiste elettricità animale.

Alessandro Volta ho testato la mia ipotesi e ho scoperto che, in effetti, le cellule viventi sono in grado di generare elettricità, il che significa bioelettricità esiste, le cellule viventi sono fonti di corrente. L'ipotesi di Volta secondo cui i muscoli si contraggono solo a causa dell'elettricità esterna, quando toccano un oggetto metallico con una carica statica, è stata da lui confutata. Ulteriore ricerca Alessandro Volta lo portò alla creazione di una batteria galvanica, che sfrutta fenomeni elettrochimici simili a quelli che si verificano nelle cellule viventi.

Come risultato della ricerca, Volta ha scoperto che ogni cellula ha il proprio potenziale cellulare, che bioelettricità ha le stesse basi chimiche delle celle elettrochimiche che producono una differenza di potenziale. Alessandro Volta mostrò rispetto al suo collega e introdusse il termine galvanismo da evidenziare il merito di Luigi Galvani nella scoperta bioelettricità. Tuttavia, Volta si oppose a una certa elettricità speciale nella forma fluido elettrico animale, e aveva ragione. La ricompensa è stata la creazione di fonti di corrente chimica: celle galvaniche. Alessandro Volta il primo a costruire batterie chimiche costituite da molte celle galvaniche. Tali batterie furono chiamate polo volt, da molti elementi è stata assemblata una sorgente con un valore EMF superiore a 100 Volt, che ha permesso di studiare ulteriormente i fenomeni dell'elettricità.

Opere di Luigi Galvani

L'opera principale di Luigi Galvani bioelettricità chiamato De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius (formato PDF), tradotto in russo Trattato sulle forze dell'elettricità durante il movimento muscolare (formato djvu). Puoi scaricare queste opere per approfondirle e ampliare i tuoi orizzonti.

Fino alla fine del XVIII secolo, i fisici che studiavano i fenomeni elettrici avevano a loro disposizione solo fonti di elettricità statica: pezzi di ambra, sfere di zolfo fuso, macchine elettroforiche, vasi di Leida. Molti scienziati li sperimentarono, a cominciare dal fisico e medico inglese William Gilbert (1544–1603). Avendo a disposizione tali fonti, è stato possibile scoprire, ad esempio, la legge di Coulomb (1785), ma è stato impossibile scoprire anche la legge di Ohm (1826), per non parlare delle leggi di Faraday (1833). Perché la carica statica accumulata era piccola e non poteva fornire una corrente che durasse almeno qualche secondo.

La situazione cambiò dopo l’opera del professore di medicina dell’Università di Bologna, Luigi Galvani (1737–1798), che scoprì, come credeva, “l’elettricità animale”. Il suo famoso trattato si intitolava “Sulle forze dell’elettricità nel movimento muscolare”. In alcuni esperimenti di Galvani si verificò la prima ricezione al mondo di onde radio. Il generatore erano le scintille di una macchina elettroforica, l'antenna ricevente era un bisturi nelle mani di Galvani e il ricevitore era una coscia di rana. L'assistente di Galvani ha condotto esperimenti con una macchina elettrica a una certa distanza dalla rana sezionata. Allo stesso tempo, Lucia, la moglie di Galvani, notò che le zampe della rana si contraggono proprio nel momento in cui scocca una scintilla nella macchina, in modo che sia visibile il ruolo sia del caso che dell'osservazione.

Il fisico italiano Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745–1827) si interessò agli esperimenti di Galvani. Era già uno scienziato famoso: nel 1775 progettò un elettroforo in resina, cioè scoprì sostanze elettrete, nel 1781 un elettroscopio sensibile e poco dopo un condensatore, un elettrometro e altri strumenti. Nel 1776 scoprì anche la conduttività elettrica della fiamma e nel 1778, per la prima volta, ottenne metano puro dal gas raccolto nelle paludi e dimostrò la capacità di accenderlo da una scintilla elettrica. Volta fu dapprima un fervente sostenitore della teoria di Galvani dell'“elettricità animale”. Ma la ripetizione dei suoi esperimenti convinse Volta che gli esperimenti di Galvani dovessero essere spiegati in modo completamente diverso: la zampa di rana non è una fonte, ma solo un ricevitore di elettricità. La fonte sono diversi metalli che si toccano tra loro. “I metalli non sono solo ottimi conduttori”, scrive Volta, “ma anche motori di elettricità”.

Questa è stata l’affermazione chiave che ha reso possibile la creazione di celle galvaniche, batterie e accumulatori che ci circondano da ogni parte e per tutta la nostra vita. Il principio del loro funzionamento è descritto nel libro di testo scolastico e in modo molto più dettagliato di quanto sia necessario per ulteriori discussioni. La sostanza è semplice: in un mezzo conduttore (elettrolita) ci sono due diversi conduttori (elettrodi), che reagiscono con esso in modo tale da caricarsi di cariche opposte. Se colleghi questi elettrodi (anodo e catodo) con un conduttore esterno (carico), la corrente inizierà a fluire attraverso di esso.

Opponendosi a Galvani, Volta prima si sbarazzò della rana, sostituendola con la propria lingua. Ad esempio, si metteva una moneta d'oro o d'argento sulla lingua e una moneta di rame sotto la lingua. Non appena due monete furono collegate con un pezzo di filo, si sentì subito in bocca un sapore aspro, familiare a chiunque abbia assaggiato sulla lingua i contatti della batteria di una torcia. Quindi Volta escluse completamente l'elettricità animale dagli esperimenti, utilizzando solo strumenti nei suoi esperimenti.

Mancava ancora un passo all'invenzione, nel 1800, della prima fonte permanente di corrente elettrica. Ciò avveniva quando Volta collegava in serie coppie di piastre di zinco e rame, separate da distanziatori di cartone o cuoio, che venivano immerse in una soluzione alcalina o acqua salata. Questo progetto fu chiamato “pilastro voltaico” dal nome dell’inventore. La struttura era pesante, il liquido veniva spremuto dalle guarnizioni, quindi Volta lo sostituì con tazze con una soluzione acida, in cui venivano immerse strisce o cerchi di zinco e rame (o argento). Le tazze erano collegate in serie e, per mantenere vicini i terminali della batteria, Volta disponeva i singoli elementi in cerchio. Questo disegno è stato chiamato “corona voltetica” per la sua forma.

Dopo la sua scoperta, Volta perse interesse per essa e si ritirò dal lavoro scientifico, lasciando che altri scienziati sviluppassero la dottrina dell'elettricità. Ma il contributo di Alessandro Volta allo studio dell’elettricità è così significativo che l’unità di tensione porta il suo nome. E quando Napoleone vide nella biblioteca dell'Accademia delle Scienze l'immagine di una corona di alloro con la scritta "Al Grande Voltaire", cancellò diverse lettere, così risultò: "Al Grande Volta". La colonna voltaica e le sue variazioni hanno permesso a numerosi scienziati di condurre esperimenti con una fonte di corrente continua di lunga durata. Fu con questa scoperta che ebbe inizio l’era dell’elettricità. Probabilmente la recensione più entusiasta della scoperta di Volta fu lasciata dal suo biografo, il fisico francese Dominique François Arago (1786–1853): “Una colonna composta da cerchi di rame, zinco e stoffa bagnata. Cosa aspettarsi a priori da una simile combinazione? Ma questo insieme strano e apparentemente inattivo, questa colonna di metalli dissimili separati da una piccola quantità di liquido, costituisce un proiettile più meraviglioso di quello che l’uomo non ha mai inventato, nemmeno escludendo il telescopio e la macchina a vapore”.

“Batterie enormi”

Volta agì molto saggiamente inviando una lettera nel marzo 1800 a Joseph Banks (1743–1820), presidente della Royal Society di Londra, il principale centro scientifico dell'epoca. Nella lettera Volta descrive i vari progetti delle sue fonti di elettricità, che chiamò galvaniche in memoria di Galvani. Banks era un botanico, quindi mostrò la lettera ai suoi colleghi: il fisico e chimico William Nicholson (1753–1815) e il medico e chimico, presidente del Royal College of Surgeons Anthony Carlyle (1768–1842). E già in aprile, secondo la descrizione di Volta, hanno realizzato una batteria da 17, e poi da 36 cerchi di zinco collegati in serie e monete a mezza corona, che sono state poi realizzate in argento 925. Tra di loro sono stati posti dei cuscinetti di cartone imbevuti di acqua salata.

Durante gli esperimenti, Nicholson scoprì il rilascio di bolle di gas vicino al contatto del conduttore di zinco e rame. Determinò che si trattava di idrogeno e dal suo odore, perché l'idrogeno ottenuto sciogliendo lo zinco in acidi o alcali spesso ha un odore. Lo zinco solitamente contiene una miscela di arsenico, che viene ridotto ad arsina, e i suoi prodotti di decomposizione odorano di aglio. Nel settembre del 1800, il fisico tedesco Johann Ritter (1776–1810) raccolse il gas rilasciato durante l'elettrolisi dell'acqua da un altro elettrodo della batteria e dimostrò che si trattava di ossigeno. Nello stesso anno, il chimico inglese William Cruikshank (1745–1800) collocò piastre di zinco e rame in una lunga scatola orizzontale, mentre era facile sostituire gli elettrodi di zinco esausti (mezzo disciolti e ricoperti di prodotti di reazione). Quando non veniva utilizzato, l'elettrolita veniva scaricato dalla scatola per non sprecare zinco. Cruickshank ha utilizzato una soluzione di cloruro di ammonio come elettrolita e quindi un acido diluito. Faraday raccomandava una miscela di soluzioni deboli (1–2%) di acido solforico e nitrico. Con questo elettrolita, lo zinco si scioglieva lentamente, liberando piccole bolle di idrogeno. L'idrogeno è stato rilasciato anche sull'anodo di rame e la fem di una cella della batteria era di soli 0,5 V.

L'evoluzione dell'idrogeno sullo zinco è associata alla polarizzazione di questo elettrodo, che aumenta la resistenza interna e diminuisce il potenziale dell'elemento. Per prevenire questo fenomeno, il fisico e ingegnere elettrico britannico William Sturgeon (1783–1850), creatore del primo elettromagnete, amalgamò piastre di zinco. Nel 1840, il medico inglese Alfred Smee (1818–1877) sostituì l'elettrodo di rame con un elettrodo d'argento rivestito da uno strato ruvido di platino. Ciò ha accelerato il rilascio di bolle di idrogeno dalla soluzione e ha aumentato la fem. Tali batterie erano ampiamente utilizzate nella tecnologia galvanica. Pertanto, le sculture sono state realizzate nella Cattedrale di Sant'Isacco a San Pietroburgo utilizzando il metodo della galvanica. Il metodo per produrre copie elettrolitiche in metallo fu sviluppato dall'accademico di San Pietroburgo Moritz Hermann (Boris Semenovich) Jacobi nel 1838, proprio durante la costruzione della cattedrale. Puoi leggere di più su questa tecnica sul sito “Biblioteca con libri sulla scultura”.

Una delle migliori batterie del suo tempo fu assemblata dal famoso medico e chimico inglese William Hyde Wollaston (Wallaston, 1766–1828), famoso per la scoperta del palladio e del rodio, nonché per la tecnologia per la produzione dei fili metallici più fini che erano utilizzato in strumenti sensibili. In ciascuna cella, un elettrodo di zinco era circondato su tre lati da un elettrodo di rame con una piccola fessura attraverso la quale venivano rilasciate bolle di idrogeno nell'aria.

Il famoso fisico inglese Humphry Davy (1778–1829) condusse per primo esperimenti con una batteria donatagli dallo stesso Volta; poi iniziò a produrne di sempre più potenti di sua progettazione: da lastre di rame e zinco separate da una soluzione acquosa di ammoniaca. La sua prima batteria era composta da 60 elementi di questo tipo, ma pochi anni dopo assemblò una batteria molto grande, composta già da mille elementi. Con l'aiuto di queste batterie, per la prima volta riuscì a ottenere metalli come litio, sodio, potassio, calcio e bario e, sotto forma di amalgama, magnesio e stronzio.

Una delle batterie più grandi fu creata nel 1802 dal fisico ed ingegnere elettrico Vasily Vladimirovich Petrov (1761–1834). La sua “enorme batteria” di 4.200 piastre di rame e zinco delle dimensioni di “un pollice e mezzo” era collocata in strette scatole di legno. L'intera batteria era composta da quattro file, ciascuna lunga circa 3 m, collegate in serie con staffe di rame. Teoricamente, una batteria del genere può produrre una tensione fino a 2500 V, ma in realtà ne dava circa 1700. Questa gigantesca batteria permise a Petrov di condurre molti esperimenti: decompose varie sostanze con la corrente e nel 1803 produsse un arco elettrico per il prima volta al mondo. Con il suo aiuto è stato possibile fondere i metalli e illuminare brillantemente grandi stanze. Tuttavia, la manutenzione di questa batteria è stata estremamente laboriosa. Durante gli esperimenti le piastre si ossidavano e dovevano essere pulite regolarmente. Inoltre, un lavoratore potrebbe pulire 40 piatti in un’ora. Lavorando 8 ore al giorno, questo lavoratore da solo avrebbe trascorso almeno due settimane a preparare la batteria per i prossimi esperimenti.

Probabilmente la cella voltaica più insolita fu realizzata dal chimico tedesco Friedrich Wöhler (1800–1882). Nel 1827, riscaldando il cloruro di alluminio con potassio, ottenne l'alluminio metallico, sotto forma di polvere. Gli ci sono voluti 18 anni per ottenere l'alluminio sotto forma di lingotto. Nell'elemento Wöhler entrambi gli elettrodi erano in alluminio! Inoltre uno era immerso nell'acido nitrico, l'altro in una soluzione di idrossido di sodio. I recipienti con le soluzioni erano collegati da un ponte salino.

Daniel, Leclanche e altri

La base delle moderne celle galvaniche fu sviluppata nel 1836 da John Frederick Daniel (1790–1845), un fisico, chimico e meteorologo inglese (inventò anche un misuratore di umidità - un igrometro). Daniel è riuscito a superare la polarizzazione degli elettrodi. Nel suo primo elemento, un pezzo dell'esofago di un toro riempito con acido solforico diluito con una bacchetta di zinco al centro veniva inserito in un recipiente di rame contenente una soluzione di solfato di rame. Faraday propose di isolare lo zinco con carta da imballaggio, i cui pori potrebbero consentire anche il passaggio degli ioni elettrolitici. Ma Daniele cominciò a usare come diaframma un vaso di argilla porosa. Si noti che nel 1829, Antoine César Becquerel (1788–1878), nonno del più famoso Antoine Henri Becquerel, che scoprì la radioattività e la condivise con i Curie nel 1903, sperimentò elettrodi di rame e zinco immersi in soluzioni di nitrato di rame e zinco solfato, rispettivamente, nel 1829. Premio Nobel per la fisica. L'elemento di Daniel ha prodotto per lungo tempo una tensione stabile di 1,1 V. Per questa invenzione, Daniel ha ricevuto il premio più alto della Royal Society: la medaglia d'oro Copley. Negli ultimi 180 anni sono apparse molte modifiche di questo elemento; allo stesso tempo, i loro sviluppatori hanno provato diversi modi per sbarazzarsi del vaso poroso.

Con l'avvento delle linee telegrafiche, è nata l'esigenza di fonti di corrente più convenienti ed economiche, senza partizioni porose, con un unico elettrolita e con una lunga durata. Nel 1872, l'elemento Daniel fu sostituito dall'elemento normale di Josiah Latimer Clark (1822–1898): elettrodo positivo - mercurio, negativo - amalgama di zinco al 10%, fem 1,43 V. E nel 1892 fu sostituito dall'elemento mercurio-cadmio di Edward Weston (1850–1936) con una fem di 1,35 V. La sua modifica, chiamata elemento Weston normale, è ancora utilizzata come standard di tensione: a carichi bassi fornisce una tensione altamente stabile nell'intervallo 1,01850–1,01870 V, nota con precisione fino al quinto carattere.

Una versione dell'elemento Daniel, che non aveva un setto poroso, fu sviluppata nel 1859 dal fisico e inventore tedesco Heinrich Meidinger (1831-1905). Sul fondo del recipiente c'è un elettrodo di rame e cristalli di solfato di rame (provengono dall'imbuto), l'elettrodo di zinco è fissato nella parte superiore. Nella parte inferiore rimane una soluzione pesante e satura di solfato di rame: la diffusione degli ioni di rame sull'elettrodo di zinco è contrastata dalla scarica di questi ioni durante il funzionamento dell'elemento, e il confine tra le soluzioni risulta molto netto. Da qui il nome delle fonti di questo tipo: elemento gravitazionale. L'elemento Meidinger può funzionare ininterrottamente per diversi mesi senza manutenzione o aggiunta di reagenti. Questo elemento fu ampiamente utilizzato in Germania dal 1859 al 1916 come fonte di energia per la rete telegrafica ferroviaria. Fonti simili esistevano in Francia e negli Stati Uniti, sotto il nome di elementi Callot e Lockwood. L'elemento proposto nel 1839 dal fisico e chimico inglese William Robert Grove (1811–1896) aveva buone caratteristiche. Gli elettrodi in esso contenuti erano di zinco e platino, separati da una partizione porosa e immersi, rispettivamente, in soluzioni di acido solforico e nitrico.

Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899), noto per le sue scoperte e invenzioni (analisi spettrale, bruciatore, ecc.), sostituì il costoso elettrodo di platino con carbone pressato. Gli elettrodi di carbonio sono presenti anche nelle batterie moderne, ma a Bunsen erano immersi nell'acido nitrico, che svolge il ruolo di depolarizzatore (ora sono biossido di manganese). Gli elementi di Bunsen sono ampiamente utilizzati nei laboratori da molto tempo. Potrebbero fornire, anche se per poco tempo, una grande corrente. Gli elementi Bunsen, ad esempio, furono utilizzati dal giovane Charles Martin Hall (1863-1914), che scoprì il metodo elettrolitico per produrre l'alluminio. Molte di queste celle erano collegate per formare una batteria; Allo stesso tempo, per 1 g di alluminio isolato erano necessari quasi 16 g di zinco! Il chimico e inventore francese Edme Hippolyte Marie-Davy (1820–1893) sostituì l'acido nitrico nell'elemento Bunsen con una pasta di solfato di mercurio (I) e acido solforico; L'elettrolita era una soluzione di solfato di zinco. Nel 1859 fu effettuato un confronto tra una batteria di 38 di queste celle (fem di 1,4 V ciascuna) con una batteria di 60 celle Daniel. Il primo ha funzionato per 23 settimane, il secondo solo 11. Tuttavia, l'alto costo e la tossicità dei sali di mercurio hanno impedito l'uso diffuso di tali elementi.

Il fisico tedesco Johann Christian Poggendorff (1796–1877) usò una soluzione di bicromato di potassio in acido solforico come depolarizzante nel suo elemento. Poggendorff è conosciuto come l'editore della rivista Annalen der Physik und Chemie- Ha ricoperto questo incarico per 36 anni. L'elemento Poggendorff ha prodotto la massima forza elettromagnetica (2,1 V) e per un breve periodo una corrente elevata. Un vantaggio importante era la possibilità di rimuovere l'elettrodo di zinco dalla soluzione per pulirlo o sostituirlo.

Warren de la Rue (1815–1889), che per primo scattò fotografie della Luna e del Sole, assemblò una grande batteria di 14mila celle nel 1868. Gli elettrodi in essi contenuti erano rivestiti d'argento con cloruro d'argento e zinco amalgamato, e l'elettrolita era una soluzione di cloruro di sodio, cloruro di zinco o idrossido di potassio. Le celle al cloruro di zinco-argento sono ancora utilizzate oggi; vengono conservati asciutti e attivati ​​riempiendoli con acqua dolce o di mare, dopodiché l'elemento può funzionare fino a 10 mesi. Tali elementi possono essere utilizzati dalle vittime di un incidente acquatico. Le celle più economiche ma meno potenti utilizzano un elettrodo Cu/CuCl.

Una delle fonti di corrente chimica più famose è l'elemento manganese-zinco, descritto nel 1868 dal chimico francese Georges Leclanche (1839–1882) e da lui sviluppato diversi anni prima. In questa cella, l'elettrodo di carbonio è circondato da un depolarizzatore di biossido di manganese, miscelato con polvere di carbone per una migliore conduttività elettrica. Per evitare che la miscela si sbriciolasse durante il versamento dell'elettrolita (soluzione di cloruro di ammonio), è stata posta insieme all'anodo in un recipiente poroso. L'elemento Leclanche ha funzionato a lungo, non necessitava di manutenzione e poteva produrre una corrente piuttosto elevata. Cercando di renderlo più conveniente, Leclanche ha deciso di addensare l'elettrolita con una pasta. Ciò cambiò le cose in modo rivoluzionario: gli elementi di Leclanchet non avevano più paura di ribaltarsi accidentalmente, potevano essere utilizzati in qualsiasi posizione. L'invenzione di Leclanche ebbe immediatamente successo commerciale e lo stesso inventore, abbandonando la sua professione principale, aprì una fabbrica per la produzione di elementi. Le cellule zinco-manganese di Leclanchet erano economiche e prodotte in grandi quantità. Tuttavia, chiamarli "secchi" non è del tutto corretto: l'elettrolita in essi contenuto era "semiliquido", ma nelle vere celle a secco dovrebbe essere solido. Leclanche morì all'età di 43 anni, prima dell'invenzione di tali elementi.

Dal 1802 al 1812 furono costruite diverse batterie a secco, la più famosa delle quali è la cosiddetta zamboniev, o pilastro zamboniev (vedi “Chimica e vita” n. 6, 2007). Il fisico e sacerdote italiano Giuseppe Zamboni (1776–1846) nel 1812 riunì una colonna di diverse centinaia di cerchi di carta, su un lato dei quali c'era un sottile strato di zinco, e sull'altro una miscela di biossido di manganese e gomma vegetale. L'elettrolita era l'umidità contenuta nella carta. Un polo del genere produceva un'alta tensione, ma solo una corrente molto piccola. È il pilastro Zamboni che permette da quasi due secoli di tintinnare le coppe nella campana, situata nel Clarendon Laboratory di Oxford. Tuttavia, una batteria di questo tipo non è adatta per scopi pratici.

La prima cella galvanica a secco utilizzabile nella pratica fu brevettata nel 1886 dall'ingegnere tedesco Karl Gassner (1855–1942). Le reazioni chimiche che si verificavano in esso erano le stesse dei progetti precedenti: Zn + 2MnO 2 + 2NH 4 Cl → 2MnO(OH) + Cl 2. In questo caso, l'elettrodo di zinco fungeva contemporaneamente da contenitore esterno. L'elettrolita era una miscela di farina e gesso; su di esso veniva assorbita una soluzione di cloruri di ammonio e zinco (il gesso venne successivamente sostituito con amido). L'aggiunta di cloruro di zinco all'elettrolita ha ridotto significativamente la corrosione dell'elettrodo di zinco e ha prolungato la durata di conservazione della cella. L'elettrodo positivo era una barra di carbonio, circondata da una massa di biossido di manganese e fuliggine in un sacchetto di carta. L'elemento è stato sigillato sopra con bitume. La capacità degli elementi era compensata dalle loro dimensioni. L'elemento sale di Gassner è, in termini generali, sopravvissuto fino ai giorni nostri e viene prodotto in quantità di molti miliardi di pezzi all'anno. Ma nel XX secolo, hanno fatto concorrenza agli elementi alcalini, che a volte vengono erroneamente chiamati “alcalini”, senza preoccuparsi di consultare il dizionario quando si traduce dall’inglese.

In conclusione, notiamo che le batterie galvaniche di un tipo o dell'altro erano le principali fonti di elettricità fino all'invenzione della dinamo.

Forza elettromotiva. - "Elementi".

Dottore in scienze fisiche e matematiche V. OLSHANSKY

TRIONFO MISTERIOSO

Volta mostra la sua invenzione a Napoleone: il Pilastro Voltaico.

Luigi Galvani (1737-1798).

Lucia Galeazzi, moglie di Galvani.

Nei suoi esperimenti Galvani utilizzò una macchina elettroforica simile a questa.

Galvani, sua moglie e un assistente conducono un esperimento nel laboratorio di casa. A. Muzzi, 1862.

Una rana preparata per esperimenti con una macchina elettroforica e una bottiglia di Leida. Tratto dal trattato di Galvani.

Schema di un esperimento per lo studio dell'elettricità atmosferica. Il rilevatore è una zampa di rana, il cui nervo è collegato a un parafulmine e il muscolo è collegato tramite un conduttore all'acqua nel pozzo. Tratto dal trattato di Galvani.

Alessandro Volta (1745-1827).

Una colonna voltaica costituita da dischi metallici separati da cerchi di stoffa bagnata.

Nel 1801 ebbe luogo a Parigi un evento sorprendente, più volte descritto dagli storici della scienza: alla presenza di Napoleone Bonaparte, fu presentata una presentazione dell'opera “Un organo elettrico artificiale che imita l'organo elettrico naturale di un'anguilla o di una pastinaca” con un dimostrazione di un modello di questo organo. Napoleone ricompensò generosamente l'autore: fu coniata una medaglia in onore dello scienziato e fu istituito un premio di 80.000 scudi. Tutte le principali società scientifiche dell'epoca, inclusa l'Accademia delle Scienze di San Pietroburgo, espressero il desiderio di vederlo tra le loro fila, e le migliori università d'Europa erano pronte a fornirgli i loro dipartimenti. Successivamente ricevette il titolo di conte e fu nominato membro del Senato del Regno d'Italia. Il nome di quest'uomo è oggi ben noto e varie versioni di organi elettrici artificiali che imitano quelli naturali vengono prodotte in miliardi di quantità. Stiamo parlando di Alessandro Volta e della sua invenzione: la Colonna Voltaica, il prototipo di tutte le batterie e accumulatori moderni. Cosa c'entra la colonna voltaica con gli organi elettrici dei pesci? Ne parleremo più avanti, ma per ora prestiamo attenzione al fatto che la dimostrazione è stata effettuata con enfatico sfarzo e davanti a una grande folla di persone.

Si suppone che la colonna voltaica producesse una tensione di 40-50 volt e una corrente inferiore a un ampere. Cosa doveva mostrare esattamente Volta per catturare l'immaginazione di tutti? Immagina che non sia Volta, ma tu, in piedi di fronte a Napoleone con una scatola piena delle migliori batterie e con voglia di dimostrare qualcosa di spettacolare. Lampadine, motori, lettori, ecc. non sono ancora nemmeno un'idea. In parole povere, dove avrebbe potuto mettere le batterie Volta?

La macchina elettroforica era già nota da tempo; la bottiglia di Leida era stata inventata più di 50 anni prima. Tutto ciò che è associato a scintille, crepitio, palline elettrificate luminose e il salto simultaneo di un folto gruppo di persone da una scossa elettrica è stato dimostrato più di una volta e non ha causato nemmeno una piccola frazione di tali onori e premi. Perché il trionfo è toccato al Pilastro Voltaico?

Apparentemente, il segreto del successo fu che Volta ripeté davanti a Napoleone gli esperimenti di rianimazione dei membri mozzati con l'aiuto di piccole quantità di elettricità. "Li ho fatti non solo sulle rane, ma anche su anguille e altri pesci, su lucertole, salamandre, serpenti e, soprattutto, su piccoli animali a sangue caldo, vale a dire topi e uccelli", scrisse lo scienziato nel 1792, proprio nel l'inizio della ricerca che alla fine portò a una grande invenzione. Immaginate varie parti mozzate di vari animali che giacciono completamente immobili, come si addice agli arti mozzati da cui fluisce la forza vitale. Il minimo tocco della colonna voltaica - e la carne prende vita, trema, si contrae e rabbrividisce. Ci sono stati esperimenti più sorprendenti nella storia della scienza?

Ma tutti sanno che l'idea di questi esperimenti non apparteneva a Volta, ma a Luigi Galvani. Perché non è stato onorato per primo, o almeno accanto a Volta? Il motivo non è che Galvani fosse già morto a quel tempo: se fosse vissuto, molto probabilmente il premio napoleonico sarebbe andato a Volta. E non si tratta di Napoleone: negli anni successivi non fu l'unico a elevare Volta e sminuire Galvani. E c'erano delle ragioni per questo.

"PISCINA DI RANA" TESTARDA

Dai testi di fisica si sa approssimativamente di Luigi (o, in forma latinizzata, Aloysius) Galvani: medico, anatomista e fisiologo italiano della fine del XVIII secolo; Si è imbattuto per caso nel fenomeno, chiamato "esperimento Galvani", e non è riuscito a spiegarlo correttamente, poiché procedeva da una falsa ipotesi sull'esistenza di una sorta di elettricità animale. Ma il fisico Alessandro Volta è riuscito a comprendere il fenomeno e a creare un utile dispositivo basato su di esso.

Sembrerebbe che il quadro sia chiaro: un anatomista ha tagliato le rane (cos'altro può fare un anatomista?), si è imbattuto accidentalmente nel fatto che una gamba si contrae sotto l'influenza della corrente e non ha capito nulla - non è un fisico, come può comprendere l'essenza delle cose. Volta, un fisico, ripeteva tutto attentamente, spiegava tutto correttamente e lo confermava anche con la pratica. E il fatto che l'anatomista e il medico, o per testardaggine o per sconsideratezza, abbiano continuato a insistere per conto suo, lo caratterizza completamente male.

Non è chiaro perché l'umanità si sia rivelata così favorevole a questo medico da assegnare il suo nome alle correnti di conduzione, a un intero campo della fisica, a un dispositivo per la misurazione della corrente e al più importante processo tecnologico di deposizione elettrochimica di rivestimenti metallici , e anche le fonti attuali inventate da Volta. Nessuno dei fisici più famosi - né Newton, né Cartesio, né Leibniz, né Huygens, né il beniamino della fisica classica, James Clerk Maxwell - è associato a così tanti termini.

Ma ecco la cosa divertente: quando si parla di campi non fisici, i termini associati al nome Galvani sono abbastanza rispettabili e stabili: terapia galvanica, bagno galvanico, galvanotassi. Se si tratta di fisica, allora per ogni termine galvanico esiste un termine antigalvanico: non galvanometro, ma amperometro; non corrente galvanica, ma corrente di conduzione; non una cella galvanica, ma una sorgente di corrente chimica. Quanto più un libro di testo di fisica è ortodosso, tanto meno è probabile che vi si trovi non solo qualche menzione dei meriti scientifici di Galvani, ma anche della terminologia galvanica. Le autorità ufficiali dell'impero di Sir Isaac Newton, o "uomini della corporazione" come li chiamava Goethe, negano chiaramente la cittadinanza a Luigi Galvani, ma qualcuno scrive costantemente il suo nome sui muri del tempio della scienza e ricorda la sua esistenza.

E ora parleremo di una ricerca condotta quasi duecento anni dopo la pubblicazione del lavoro di Gilbert. Ad essi sono associati i nomi del professore italiano di anatomia e medicina Luigi Galvani e del professore italiano di fisica Alessandro Volta.

Nel laboratorio di anatomia dell'Università di Boulogne, Luigi Galvani ha condotto un esperimento, la cui descrizione ha scioccato gli scienziati di tutto il mondo. Le rane sono state sezionate su un tavolo da laboratorio. L'obiettivo dell'esperimento era dimostrare e osservare i nervi nudi dei loro arti. Su questo tavolo c'era una macchina elettrostatica, con l'aiuto della quale è stata creata e studiata una scintilla. Citiamo le dichiarazioni dello stesso Luigi Galvani dalla sua opera “Sulle forze elettriche durante i movimenti muscolari”: “... Uno dei miei assistenti ha accidentalmente toccato leggermente con una punta i nervi femorali interni della rana, la zampa della rana ha sussultato bruscamente. " E ancora: "... Ciò è possibile quando si estrae una scintilla dal condensatore della macchina."

Questo fenomeno può essere spiegato come segue. Gli atomi e le molecole d'aria nell'area in cui avviene la scintilla sono influenzati da un campo elettrico variabile, di conseguenza acquisiscono una carica elettrica e cessano di essere neutri. Gli ioni risultanti e le molecole caricate elettricamente si diffondono su una certa distanza relativamente breve dalla macchina elettrostatica, poiché quando si muovono, scontrandosi con le molecole d'aria, perdono la loro carica. Allo stesso tempo, possono accumularsi su oggetti metallici ben isolati dalla superficie terrestre e scaricarsi se si verifica un circuito elettrico conduttivo verso terra. Il pavimento del laboratorio era asciutto, di legno. Ha ben isolato da terra la stanza dove lavorava Galvani. L'oggetto su cui si accumularono le cariche era un bisturi di metallo. Anche un leggero tocco del bisturi sul nervo della rana provocava una “scarica” di elettricità statica accumulata sul bisturi, provocando il ritiro della zampa senza alcuna distruzione meccanica. Il fenomeno stesso delle scariche secondarie, causate dall'induzione elettrostatica, era già noto a quei tempi.

Il brillante talento dello sperimentatore e la conduzione di un gran numero di studi diversi hanno permesso a Galvani di scoprire un altro fenomeno importante per l'ulteriore sviluppo dell'ingegneria elettrica. Sono in corso esperimenti per studiare l'elettricità atmosferica. Citiamo lo stesso Galvani: "... Stanco... di inutile attesa... cominciò... a premere i ganci di rame conficcati nel midollo spinale sulla grata di ferro - le zampe della rana si rimpicciolirono." I risultati dell'esperimento, condotto non all'aperto, ma all'interno in assenza di macchine elettrostatiche funzionanti, hanno confermato che quando si tocca il corpo della rana si verifica una contrazione del muscolo della rana, simile alla contrazione causata dalla scintilla di una macchina elettrostatica contemporaneamente da due diversi oggetti metallici: un filo e una piastra di rame, argento o ferro. Nessuno aveva osservato un fenomeno del genere prima di Galvani. Sulla base dei risultati delle osservazioni, fa una conclusione audace e inequivocabile. Esiste un'altra fonte di elettricità, è l'elettricità “animale” (il termine equivale al termine “attività elettrica dei tessuti viventi”). Il muscolo vivente, sosteneva Galvani, è un condensatore come una bottiglia di Leida, al suo interno si accumula elettricità positiva. Il nervo della rana funge da "conduttore" interno. Collegando due conduttori metallici a un muscolo si genera una corrente elettrica che, come una scintilla proveniente da una macchina elettrostatica, provoca la contrazione del muscolo.

Galvani ha sperimentato per ottenere un risultato inequivocabile solo sui muscoli della rana. Forse questo è ciò che gli ha permesso di proporre l’utilizzo di una “preparazione fisiologica” della coscia di rana come misuratore della quantità di elettricità. Una misura della quantità di elettricità, per la valutazione della quale serviva un indicatore fisiologico simile, era l'attività di alzare e abbassare la zampa quando entra in contatto con una piastra metallica, che viene contemporaneamente toccata da un gancio che passa attraverso il midollo spinale della rana e la frequenza di sollevamento della zampa nell'unità di tempo. Per qualche tempo, un tale indicatore fisiologico è stato utilizzato anche da eminenti fisici, e in particolare da Georg Ohm.

L'esperimento elettrofisiologico di Galvani permise ad Alessandro Volta di creare la prima fonte elettrochimica di energia elettrica, che, a sua volta, aprì una nuova era nello sviluppo dell'ingegneria elettrica.

Alessandro Volta fu uno dei primi ad apprezzare la scoperta di Galvani. Ripete gli esperimenti di Galvani con grande cura e riceve molti dati che confermano i suoi risultati. Ma già nei suoi primi articoli “Sull'elettricità animale” e in una lettera al dottor Boronio del 3 aprile 1792, Volta, a differenza di Galvani, che interpreta i fenomeni osservati dal punto di vista dell'elettricità “animale”, evidenzia fenomeni chimici e fisici. Volta stabilisce l'importanza di utilizzare per questi esperimenti metalli dissimili (zinco, rame, piombo, argento, ferro), tra i quali viene posto un panno imbevuto di acido.

Ecco cosa scrive Volta: "Negli esperimenti di Galvani, la fonte di elettricità è una rana. Ma cos'è una rana o qualsiasi animale in generale? Prima di tutto, questi sono nervi e muscoli, e contengono vari composti chimici. Se il i nervi e i muscoli di una rana sezionata vengono combinati con due metalli diversi, quindi quando tale circuito viene chiuso, appare un effetto elettrico. Nel mio ultimo esperimento hanno partecipato anche due metalli diversi: staniolo (piombo) e argento, e il ruolo del liquido veniva riprodotto dalla saliva della lingua. Chiudendo il circuito con una piastra di collegamento, creavo le condizioni per il movimento continuo del liquido elettrico da un luogo all'altro. Ma potevo semplicemente mettere questi stessi oggetti metallici nell'acqua o in un liquido simile alla saliva? Cosa c’entra l’elettricità “animale”?”

Gli esperimenti condotti da Volta ci permettono di formulare la conclusione che la fonte dell'azione elettrica è una catena di metalli dissimili quando entrano in contatto con un panno umido o un panno imbevuto di una soluzione acida.

In una delle lettere all'amico dottor Vasaghi (ancora un esempio dell'interesse del medico per l'elettricità), Volta scrive: “Sono da tempo convinto che tutta l'azione provenga dai metalli, dal contatto dei quali entra il fluido elettrico un corpo umido o acquoso, su questa base ritengo che lui stesso abbia il diritto di attribuire ai metalli tutti i nuovi fenomeni elettrici e di sostituire il nome “elettricità animale” con l’espressione “elettricità metallica”.

Secondo Volta le zampe di rana sono un elettroscopio sensibile. Sorse una disputa storica tra Galvani e Volta, così come tra i loro seguaci: una disputa sull'elettricità “animale” o “metallica”.

Galvani non si è arreso. Ha escluso completamente il metallo dall'esperimento e ha persino sezionato le rane con coltelli di vetro. Si è scoperto che anche con un simile esperimento, il contatto del nervo femorale della rana con il suo muscolo ha portato ad una contrazione chiaramente evidente, anche se molto più piccola rispetto alla partecipazione dei metalli. Questa è stata la prima registrazione di fenomeni bioelettrici su cui si basa la moderna elettrodiagnostica del sistema cardiovascolare e di numerosi altri sistemi umani.

Volta sta cercando di svelare la natura degli insoliti fenomeni scoperti. Egli formula chiaramente per sé il seguente problema: "Qual è la causa della comparsa dell'elettricità?" Mi sono chiesto allo stesso modo in cui lo fareste ciascuno di voi. Le riflessioni mi hanno portato ad una soluzione: dal contatto di due metalli dissimili , ad esempio, argento e zinco, l'equilibrio elettrico in entrambi i metalli è disturbato. Nel punto di contatto dei metalli, l'elettricità positiva viene diretta dall'argento allo zinco e si accumula su quest'ultimo, mentre l'elettricità negativa si concentra sull'argento. Questo significa che la materia elettrica si muove in una certa direzione.Quando ho messo le piastre di argento e zinco una sopra l'altra senza distanziatori intermedi, cioè le piastre di zinco erano a contatto con quelle d'argento, allora il loro effetto complessivo si è ridotto a zero. Per potenziare l'effetto elettrico o per riassumerlo, ogni lastra di zinco deve essere messa in contatto con un solo argento e aggiungere in sequenza il maggior numero di paia. Ciò si ottiene precisamente ponendo un pezzo di stoffa bagnata su ciascuna lastra di zinco, separandola così dalla lastra d'argento della coppia successiva." Gran parte di ciò che ha detto Volta non perde il suo significato anche oggi, alla luce delle moderne idee scientifiche.

Purtroppo questa disputa si interruppe tragicamente. L'esercito di Napoleone occupò l'Italia. Per aver rifiutato di giurare fedeltà al nuovo governo, Galvani perse la cattedra, fu licenziato e presto morì. Il secondo partecipante alla disputa, Volta, visse abbastanza da vedere il pieno riconoscimento delle scoperte di entrambi gli scienziati. In una disputa storica, entrambi avevano ragione. Il biologo Galvani è entrato nella storia della scienza come il fondatore della bioelettricità, il fisico Volta - come il fondatore delle fonti di corrente elettrochimica.

Araldo dell'era dell'elettrotecnica Alessandro Volta

Al 200° anniversario della prima fonte di corrente elettrica

Jan Schneiberg, D. Charlet

Alessandro Volta è stato, come si dice oggi, una figura iconica nella storia dell'elettricità, dell'elettrotecnica e delle telecomunicazioni.

Nell’ultimo quarto del XVIII secolo si sapeva già molto sulle proprietà della misteriosa “forza elettrica”. Furono progettate macchine ad attrito elettrostatico per produrre cariche elettriche (Francis Gouxby, Inghilterra), fu scoperto il fenomeno della conduttività elettrica (Stephen Gray, Inghilterra) e fu dato il concetto di due tipi di elettricità - "vetro" e "resina" - successivamente " positivo” e “negativo” (Charles Dufay, Francia). Fu creato un dispositivo di accumulo delle cariche elettriche: il primo condensatore, la cosiddetta "barra di Leida" (Ewald Kleist, Pomerania, e Pieter van Mussenbroek, Olanda), i fulmini furono "addomesticati" (B. Franklin, USA) utilizzando un parafulmine (nel vocabolario quotidiano "parafulmine") . Infine, fu stabilita la Prima Legge dell'Elettrostatica (Charles Coulomb, Francia).

Ma la scoperta epocale di Volta - "elettricità di contatto" - sembrava riassumere tutti i risultati precedentemente raggiunti e dare un potente impulso a nuovi studi più approfonditi sulla natura dell'elettricità e sulla possibilità della sua applicazione pratica.

Alessandro Volta nacque il 18 febbraio 1745 nella tenuta di famiglia dei suoi antenati, vicino alla cittadina di Como, nel nord Italia. Proviene da una famiglia aristocratica, sua madre era la duchessa Maddalena Inzai. Nei suoi primi anni Alessandro soffrì di un ritardo nello sviluppo fisico e mentale; iniziò a parlare solo all'età di quattro anni. Quindi il suo sviluppo è andato molto rapidamente. Contrariamente alla sua carriera destinata a sacerdote, si interessò agli esperimenti fisici e, già all'età di 18 anni, entrò in corrispondenza con uno dei fisici elettrici più importanti dell'epoca, dimostratore di spettacolari esperimenti elettrici pubblici, l'abate Jean Nollet.

Alessandro Volta

Dal 1774 al 1779 Volta è insegnante di fisica alla Regia Scuola di Como. All'età di 26 anni pubblicò il suo primo lavoro scientifico, "Studi empirici sui metodi per eccitare l'elettricità e migliorare la progettazione di una macchina". Fece la sua prima invenzione seria nel 1772. Era il cosiddetto elettroscopio a condensatore con cannucce divergenti (che collegava un elettroscopio a un condensatore), che aveva una sensibilità molto maggiore rispetto ai precedenti elettroscopi con sfere di sughero o di sambuco sospese su fili. Il dispositivo aveva proprietà metriche, poiché la deflessione delle cannucce di un angolo fino a 30° risultò proporzionale alla carica dell'elettroscopio. L'elettroscopio fu per molti anni il principale strumento di misura utilizzato dallo stesso Volta e da altri ricercatori.

All'età di trent'anni Volta divenne famoso. Inventò l'elettroforo in resina o, come lo chiamò lo stesso inventore, "elettrophoro perpetuo", che significa "portatore permanente di elettricità". La macchina elettroforica sfruttava il fenomeno dell'elettrificazione per induzione, mentre nelle macchine elettrostatiche utilizzate l'elettricità veniva prodotta per attrito. Il dispositivo è estremamente semplice ed anche estremamente originale. È costituito da due dischi metallici. Uno, diciamo quello inferiore, è ricoperto da uno strato di resina. Quando viene strofinato con la mano, con un guanto di pelle o con una pelliccia, il disco si carica di elettricità negativa. Avvicinandovi il disco superiore quest'ultimo si caricherà come mostrato in Fig. 1 un. Quando l’elettricità non legata viene deviata nel terreno (Fig. 1 b), almeno dal dito dello sperimentatore, il disco superiore verrà caricato positivamente. Puoi sollevarlo e rimuovere la carica da esso (Fig. 1 c). Ripetendo più volte il ciclo di abbassamento e sollevamento del disco superiore è possibile aumentare la carica altrettante volte.

Riso. 1. Diagramma che spiega il funzionamento dell'elettroforo di Volta

Volta ha indicato che il suo elettroforo “continua a funzionare anche tre giorni dopo la ricarica”. E ancora: “La mia macchina permette di ottenere elettricità con qualsiasi tempo e produce un effetto più eccellente del miglior disco e palla (elettrostatico - nota dell'autore) macchine." Quindi, un elettroforo è un dispositivo che permette di ottenere potenti scariche di elettricità statica. Volta ne estrae "scintille dello spessore di dieci o dodici dita e anche di più..." L'elettroforo di Volta servì come base per la costruzione di un'intera classe di automobili a induzione, i cosiddetti "elettrofori".

Commento polemico. Alcuni storici della fisica e dell'ingegneria elettrica ritengono che Volta non abbia inventato l'elettroforo, ma abbia solo migliorato un dispositivo inventato in precedenza dall'accademico di San Pietroburgo Franz Epinus. Infatti, nel 1758, Epinus propose la teoria della trasmissione "dell'elettricità attraverso l'influenza" - con il metodo dell'induzione elettrostatica, cioè, nella terminologia moderna, inventò un metodo. Ha anche costruito il primo dispositivo dimostrando questa possibilità. Consisteva in una ciotola metallica nella quale veniva inserita e poi rimossa una massa modellata di zolfo elettrizzato. Risultò che sia la tazza che lo zolfo erano elettricamente carichi.

Tuttavia, Epinus non andò oltre una dimostrazione di laboratorio e il dispositivo da lui inventato non ricevette un'applicazione pratica. Volta, sulla base del metodo inventato da Epino, ha inventato un elettroforo originale, che conferisce un nuovo effetto tecnico rispetto al prototipo, che, secondo tutti i canoni del diritto dei brevetti, è riconosciuto come invenzione. Questo è tipico della storia della tecnologia. Una volta inventato, il metodo ha permesso di utilizzare il suo principio per creare, cioè inventare, vari dispositivi. Ad esempio, P. Schilling ha inventato il metodo della telegrafia elettromagnetica e il primo dispositivo per la sua implementazione. Quindi, secondo lo stesso principio, C. Wheatstone e W. Cook inventarono il telegrafo a puntatore e Morse inventò il telegrafo a stampa. Tutti loro sono giustamente considerati inventori.

Lo stesso Volta ammise che Apinus realizzò l'idea di un elettroforo, ma non costruì un dispositivo completo.

Nel 1776 Volta inventò una pistola a gas: la "pistola Volta", in cui il gas metano esplodeva da una scintilla elettrica.

Nel 1779 Volta fu invitato a ricoprire la cattedra di fisica in un'università dalla storia millenaria nella città di Pavia, dove lavorò per 36 anni.

Professore progressista e coraggioso, rompe con la lingua latina e insegna agli studenti da libri scritti in italiano.

Volta viaggia molto: Bruxelles, Amsterdam, Parigi, Londra, Berlino. In ogni città, riunioni di scienziati lo salutano, lo celebrano con lode e gli conferiscono medaglie d'oro. Tuttavia, “l’ora più bella” di Volta è ancora lontana; arriverà tra più di due decenni. Nel frattempo si allontana per quindici anni dalla ricerca sull'elettricità, vive una vita misurata come professore e si dedica a varie cose che lo interessano. All'età di oltre quarant'anni, Volta sposò la nobile Teresa Pellegrina, che gli diede tre figli.

E ora - una sensazione! Il professore si imbatte nel trattato di Galvani appena pubblicato “Sulle forze elettriche nel movimento muscolare”. Interessante la trasformazione della posizione di Volta. All'inizio percepisce il trattato con scetticismo. Poi ripeté gli esperimenti di Galvani e già il 3 aprile 1792 scriveva a quest'ultimo: "... da quando sono diventato testimone oculare e ho osservato questi miracoli, forse sono passato dalla diffidenza al fanatismo".

Tuttavia, questo stato non durò a lungo. Il 5 maggio 1792, nella sua lezione universitaria, esalta gli esperimenti di Galvani, ma la lezione successiva, il 14 maggio, si svolge in modo polemico, esprimendo l'idea che la rana è molto probabilmente solo un indicatore di elettricità , "un elettrometro, decine di volte più sensibile anche del più sensibile elettrometro con foglie d'oro."

Ben presto l'occhio attento del fisico nota qualcosa che non aveva attirato l'attenzione del fisiologo Galvani: il tremore delle zampe della rana si osserva solo quando viene toccata da fili di due metalli diversi. Volta suggerisce che i muscoli non partecipano alla creazione di elettricità e la loro contrazione è un effetto secondario causato dalla stimolazione del nervo. Per dimostrarlo esegue un famoso esperimento in cui si rileva un sapore aspro sulla lingua applicando sulla punta una lamina di stagno o di piombo e applicando una moneta d'argento o d'oro al centro della lingua o sulla guancia e il piatto e la moneta sono collegati con un filo. Proviamo un gusto simile quando lecchiamo due contatti della batteria contemporaneamente. Il sapore acidulo si trasforma in “alcalino”, cioè sprigiona un sapore amaro, se si scambiano oggetti metallici sulla lingua.

Nel giugno del 1792, appena tre mesi dopo aver cominciato a ripetere gli esperimenti di Galvani, Volta non aveva più dubbi: “I metalli quindi non sono solo ottimi conduttori, ma anche motori di elettricità; non solo forniscono il percorso più facile per il passaggio elettrico

fluido, ... ma loro stessi causano lo stesso squilibrio estraendo questo fluido e introducendolo, simile a ciò che accade quando si sfregano gli idioelettrici" (così si chiamavano i corpi elettrizzati dall’attrito ai tempi di Volta – ndr).

Volta stabilì così la legge delle tensioni da contatto: due metalli dissimili provocano uno “squilibrio di equilibrio” (in termini moderni, creano una differenza di potenziale) tra entrambi, dopo di che propose di chiamare l'elettricità così ottenuta non “animale”, ma “ metallico". Ciò diede inizio al suo viaggio di sette anni verso una creazione davvero grande.

La prima serie di esperimenti unici sulla misurazione delle differenze di potenziale di contatto (CPD) ha portato alla compilazione della famosa “serie Volta”, in cui gli elementi sono disposti nella seguente sequenza: zinco, foglio di stagno, piombo, stagno, ferro, bronzo, rame, platino, oro, argento, mercurio, grafite (Volta ha erroneamente classificato la grafite come un metallo - nota dell'autore).

Ciascuno di essi, entrando in contatto con uno qualsiasi dei successivi membri della serie, riceve una carica positiva, e questo successivo riceve una carica negativa. Ad esempio, ferro (+) / rame (-); zinco (+) / argento (-), ecc. Volta chiamava elettroeccitatoria, o forza elettromotrice, la forza generata dal contatto di due metalli. Questa forza muove l'elettricità in modo che si crei una differenza di tensione tra i metalli. Volta stabilì inoltre che la differenza di tensione sarà tanto maggiore quanto più lontani sono i metalli l'uno dall'altro. Ad esempio, ferro/rame - 2, piombo/stagno - 1, zinco/argento - 12.

Nel 1796-1797 È stata rivelata un'importante legge: la differenza potenziale tra due termini di una serie è uguale alla somma delle differenze potenziali di tutti i termini intermedi:

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

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

Inoltre, gli esperimenti hanno dimostrato che le differenze di tensione non si verificano in una “serie chiusa”: A/B + B/C + C/D + D/A = 0. Ciò significava che attraverso diversi contatti puramente metallici era impossibile ottenere tensioni più elevate che con il contatto diretto di soli due metalli.

Da un punto di vista moderno, la teoria dell'elettricità di contatto proposta da Volta era errata. Contava sulla possibilità di ottenere continuamente energia sotto forma di corrente galvanica senza spendere nessun altro tipo di energia.

Eppure, alla fine del 1799, Volta riuscì a ottenere ciò che voleva. Per prima cosa stabilì che quando due metalli entrano in contatto, uno riceve più stress dell'altro. Ad esempio, quando si collegano piastre di rame e zinco, la piastra di rame ha un potenziale di 1 e la piastra di zinco ha un potenziale di 12. Numerosi esperimenti successivi hanno portato Volta alla conclusione che una corrente elettrica continua può formarsi solo in un circuito chiuso composto di vari conduttori: metalli (che chiamò conduttori di prima classe) e liquidi (che chiamò conduttori di seconda classe).

Volta, senza rendersene conto, arrivò così alla creazione di un elemento elettrochimico, la cui azione si basava sulla conversione dell'energia chimica in energia elettrica.

Riso. 2. Tipi di celle galvaniche raffigurate da Volta in una lettera a Banks: sopra - una batteria a tazza, sotto - varianti di “pilastri voltaici”.

Volta è stato in grado di ottenere tensioni significative posizionando una colonna di cerchi di coppie di contatti metallici identiche, orientate in modo identico e separate da distanziatori in tessuto bagnato. Lo stesso Volta ne ha illustrato l'essenza usando l'esempio della sua batteria a tazza (Fig. 2 sopra). Nella tazza di sinistra c'è una piastra di rame, il suo potenziale è 1. Nelle tre tazze successive, le piastre di sinistra sono di zinco, quelle di destra sono di rame; nell'ultima tazza - zinco; ogni tazza di zinco in una tazza è collegata da un arco di metallo a quella di rame nella tazza successiva. La prima lastra di zinco ha un potenziale di 12. Volta ipotizzò che due piastre metalliche separate da un liquido acquisissero lo stesso potenziale. Di conseguenza anche il secondo rame avrà un potenziale di 12, e il secondo zinco avrà un potenziale di 12 + 11 = 23; terzo zinco 12 + 2 * 11 = = 34; il quarto 12 + 3 * 11 = 45, ecc. Ad esempio, il decimo zinco acquisirà il potenziale di 12 + 9 * 11 = 111.

Volta riferì la sua scoperta in una lettera datata 20 marzo 1800 al presidente della Royal Society di Londra, Joseph Banks. Nel messaggio "Sull'elettricità eccitata dal semplice contatto di sostanze semplici conduttrici" scrive: "...io... ho il piacere di riferire alcuni risultati sorprendenti che ho ottenuto. Il principale di questi risultati... è il creazione di un dispositivo che funziona continuamente..., crea una carica indistruttibile, dà un impulso continuo al fluido elettrico." E ancora: "Il proiettile di cui parlo - e questo ti sorprenderà - ... non è altro che un insieme di buoni conduttori di vario genere, disposti in un certo modo. Venti, quaranta o sessanta cerchi di rame o, anche, meglio, argento, ciascuno piegato con un cerchio di stagno, o meglio zinco, e altrettanti strati di acqua o qualche altro liquido che conduce meglio dell'acqua, ad esempio soluzione salina, lisciva, ecc., o pezzi di cartone, cuoio , ecc., ho ben inumidito questi liquidi, e questi strati si trovano tra i due metalli dissimili di ciascuna coppia. Questo è tutto ciò che costituisce il mio nuovo strumento." Lo stesso Volta inizialmente propose di chiamare il suo congegno, o proiettile, o strumento “organo elettrico artificiale”, ribattezzandolo poi “colonna elettromotrice”. Successivamente i francesi iniziarono a chiamare questo dispositivo “colonna galvanica” o “colonna voltaica”.

A Volta si deve l'introduzione dei concetti di “capacità”, “circuito”, “forza elettromotrice”, “differenza di voltaggio”.

L'onore e la fama arrivarono all'inventore. In Francia viene coniata una medaglia in suo onore e il primo console del Direttorio, il generale Bonaparte, istituisce un fondo di 200.000 franchi per i “geniali scopritori” nel campo dell'elettricità e assegna il primo premio all'autore del pilastro. Volta diventa cavaliere della Legion d'Onore, della Croce di Ferro, riceve il titolo di senatore e conte, diventa membro delle Accademie delle Scienze di Parigi e San Pietroburgo, membro della Royal Society di Londra, che gli conferisce il Coplay Medaglia d'oro.

La creazione della "colonna voltaica" fu un evento rivoluzionario nella scienza dell'elettricità, preparò le basi per l'emergere dell'ingegneria elettrica moderna e ebbe un enorme impatto sull'intera storia della civiltà umana. Non sorprende che il contemporaneo di Volta, l'accademico francese D. Arago, considerasse la colonna voltaica "... il dispositivo più straordinario mai creato dall'uomo, senza escludere il telescopio e il motore a vapore".

Nel primo terzo del XIX secolo, la "Colonna del Volta" rimase l'unica fonte di corrente elettrica, che fu utilizzata con successo per i loro esperimenti e scoperte da importanti scienziati: V. Petrov, X. Davy, A.-M. Ampère, M. Faraday.

Tra questi, il primo a migliorare la "colonna voltaica" fu Vasily Petrov, professore di fisica presso l'Accademia medico-chirurgica di San Pietroburgo. Ha sottolineato che una corrente più intensa potrebbe essere ottenuta da una batteria più potente. Nel 1802 creò un'unica fonte di corrente ad alta tensione (circa 1700 V), che chiamò "enorme batteria". Questa batteria era composta da 2100 celle rame-zinco (le batterie che esistevano in Europa a quel tempo avevano 15-20 elementi). Nel suo saggio "Notizie sugli esperimenti Galvani-Volta", pubblicato nel 1803, V. Petrov descrisse il fenomeno dell'arco elettrico da lui scoperto e indicò che con la sua "luce brillante, simile alla luce del sole o a una fiamma, una stanza buia può essere abbastanza chiaramente illuminato." Ciò segnò l'inizio di due direzioni: la fusione elettrica dei metalli e il loro recupero dai minerali e la creazione di lampade ad arco elettrico.

Volta ha avuto la fortuna di vivere abbastanza da vedere le scoperte più importanti fatte usando la sua invenzione: l'azione della corrente su un ago magnetico, la rotazione reciproca dei conduttori con corrente e un magnete (il prototipo di un motore elettrico), lo sviluppo dei fondamenti di Ampere dell'elettrodinamica. Nel 1819 Volta lasciò la cattedra.

Morì nella sua città natale nel 1827 all'età di 82 anni.

Durante la sua vita circolavano leggende su Volta. Per dimostrare la sua teoria sull’“elettricità da contatto”, nel 1794 condusse l’esperimento “Wet Quartet”. Quattro uomini con le mani bagnate stavano in cerchio. Allora il primo prese la lastra di zinco con la mano destra e toccò la lingua del secondo con la sinistra; il secondo toccò il bulbo oculare del terzo, che teneva la rana sezionata per le gambe, e il quarto ne afferrò il corpo con la mano destra, e con la sinistra portò la lastra d'argento sulla lastra di zinco, che il primo teneva con la destra mano. Al momento del contatto, il primo tremò bruscamente, il secondo sussultò per il sapore di “limone” in bocca, il terzo ebbe scintille dagli occhi, il quarto provò sensazioni spiacevoli e la rana sembrò prendere vita e tremare. Questa vista ha scioccato i testimoni oculari.

Il contributo scientifico di Volta fu molto apprezzato dai suoi contemporanei: era considerato il più grande fisico italiano dopo Galileo. Sulla base dell'invenzione di Volta, fino alla fine del XIX secolo furono proposte circa duecento varietà di "colonne voltaiche" - sorgenti di corrente elettrochimica.

La memoria di Volta fu immortalata nel 1881 al Congresso Internazionale degli Elettricisti di Parigi, dove a una delle unità elettriche più importanti - l'unità di tensione - fu dato il nome "volt".

La creazione della “colonna voltaica” pose fine all’era dell’elettrostatica e segnò l’inizio dell’era dell’ingegneria elettrica.

Quindi, a cavallo tra il XVIII e il XIX secolo, si verificò il passaggio dall'elettricità per la scienza all'elettricità per l'umanità: per l'industria, la vita quotidiana e la cultura.

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