Luigi Galvani - bioelektrisitetsforsker

Han ble født 9. september 1737 i Bologna (pavestatene), og levde og døde der 4. desember 1798, etter å ha levd hele 61 år. Av yrke var han lege, fysiker og filosof, noe som var ganske vanlig på den tiden. Hans latinske navn lyder Aloysius Galvani.

Luigi Galvani var den første som utforsket bioelektrisitet. I 1780 utførte Luigi eksperimenter på likene av døde frosker. Han førte en elektrisk strøm gjennom musklene deres, og potene deres rykket, musklene begynte å trekke seg sammen. Dette var det første skrittet mot å studere signalene til nervesystemet.

kort biografi

Luigi Galvani (1737–1798)

Født av Dominico og hans fjerde kone, Barbara Foschi. Luigis foreldre var ikke aristokrater, men de hadde nok penger til å utdanne et av barna sine. Luigi Galvani ønsket å motta en kirkelig religiøs utdanning, i den epoken var det stort sett prestisjefylt, og han studerte i 15 år ved et religiøst institutt, nemlig ved Padri Filippini-kapellet (Oratorio dei Padri Filippini). I fremtiden planla han å avlegge religiøse løfter, men foreldrene hans overbeviste ham om ikke å gjøre dette og fortsette utdannelsen. Rundt 1755 gikk Luigi inn på fakultetet for kunst ved universitetet i Bologna. Der tok Luigi et medisinsk kurs der han studerte verkene Hippokrates, Galena Og Avicenna (Ibn Sina). I tillegg til å studere arbeider, var Luigi engasjert i medisinsk praksis, inkludert kirurgi. Dette tillot ham å studere og forske videre bioelektrisitet.

I 1759 mottok Luigi Galvani en grad i medisin og filosofi, som ga ham rett til å forelese ved universitetet etter å ha forsvart sin avhandling, som han forsvarte 21. juni 1761. Allerede i 1762 ble han æreslektor i anatomi og kirurgi. Samme år giftet han seg med Lucia Galeazzi, datteren til en av universitetsprofessorene. Luigi flyttet for å bo i huset til professor Galeazzi og hjalp ham med forskningen. Etter sin svigerfars død i 1775, ble Luigi Galvani utnevnt til lærer i stedet for den avdøde Galezzi.

Galvanis ansvar som medlem av Vitenskapsakademiet fra 1776 inkluderte regelmessig forskning innen praktisk menneskelig anatomi. Han ble pålagt å publisere minst én studie per år.

Eksperimenter med frosker

Etter flere år begynte Luigi Galvani å vise interesse for medisinsk bruk av elektrisitet. Dette forskningsområdet har dukket opp siden midten av 1700-tallet, etter at effekten av elektrisitet på menneskekroppen ble oppdaget.

Diagram av Luigi Galvanis eksperiment med en froskekropp, rundt slutten av 1780-tallet

Det er en legende ifølge som begynnelsen av eksperimenter med bioelektrisitet var basert på en hendelse som skjedde som følger.

Luigi plasserte en død frosk på et bord for å eksperimentere med huden for å generere statisk elektrisitet. Tidligere var det allerede utført eksperimenter med statisk elektrisitet på bordet, og det viste seg at hans assistent (assistent) berørte en metallskalpell med elektrisk ladning til froskens eksponerte isjiasnerve. Han må ha planlagt å dissekere den. Men så skjedde noe uventet. Assistenten så gnister og beinet til den døde frosken trakk seg sammen som om den var i live.

Denne observasjonen var det første skrittet mot å starte forskning bioelektrisitet. Det er oppdaget en sammenheng mellom nervøs aktivitet og elektrisitet, mellom biologisk liv og elektriske signaler. Det ble åpenbart at muskelaktivitet utføres ved hjelp av elektrisitet, ved hjelp av strøm i elektrolytter. Før dette var det generelt akseptert i vitenskapen at muskelaktivitet skjer gjennom et bestemt stoff kalt etter elementene luft og vann.

Galvani introduserte begrepet - dyreelektrisitet(dyreelektrisitet) for å beskrive kraften som aktiverer muskler. Dette fenomenet ble senere kalt galvanisme (galvanisme), men etter Galvani etter forslag fra hans samtidige.

For øyeblikket utføres studiet av de galvaniske effektene av biologi i et slikt felt som elektrofysiologi. Navn galvanisme brukes mer i en historisk kontekst enn i en vitenskapelig.

Galvani mot Volta

Professor i eksperimentell fysikk Alessandro Volta ved University of Pavia var han den første vitenskapsmannen som tvilte på riktigheten av Galvanis eksperimenter og fortsatte sin forskning.

Målet hans var å finne ut om årsaken til muskelsammentrekning faktisk er bioelektrisitet, eller det oppstår som et resultat av metallkontakt. Det ble forstått at levende celler ikke kan generere elektrisitet, noe som betyr at det ikke er dyreelektrisitet.

Alessandro Volta testet hypotesen min og fant ut at levende celler faktisk er i stand til å generere elektrisitet, noe som betyr bioelektrisitet eksisterer, er levende celler kilder til strøm. Voltas hypotese om at muskler trekker seg sammen kun som et resultat av ekstern elektrisitet, når de berører en metallgjenstand med statisk ladning, ble tilbakevist av ham. Videre forskning Alessandro Volta førte ham til etableringen av et galvanisk batteri, som bruker elektrokjemiske fenomener som ligner på de som forekommer i levende celler.

Som et resultat av forskning oppdaget Volta at hver celle har sitt eget cellulære potensial, som bioelektrisitet har samme kjemiske baser som elektrokjemiske celler som produserer en potensialforskjell. Alessandro Volta viste respekt for sin kollega og introduserte begrepet galvanisme for å fremheve verdien av Luigi Galvani i oppdagelsen bioelektrisitet. Volta motsatte seg imidlertid noe spesiell elektrisitet i formen animalsk elektrisk væske, og han hadde rett. Belønningen var opprettelsen av kjemiske strømkilder - galvaniske celler. Alessandro Volta den første til å bygge kjemiske batterier bestående av mange galvaniske celler. Slike batterier ble kalt volt pol, en kilde med en EMF-verdi på mer enn 100 volt ble satt sammen av mange elementer, noe som gjorde det mulig å studere fenomenene elektrisitet videre.

Verk av Luigi Galvani

Luigi Galvanis hovedverk bioelektrisitet kalt De Viribus Electricitatis i Motu Musculari Commentarius (PDF-format), oversatt til russisk Avhandling om elektrisitetskrefter under muskelbevegelse (djvu-format). Du kan laste ned disse verkene for å gå i dybden og utvide horisonten din.

Fram til slutten av 1700-tallet hadde fysikere som studerte elektriske fenomener kun kilder til statisk elektrisitet til rådighet - ravbiter, kuler av smeltet svovel, elektroformaskiner, Leyden-krukker. Mange forskere eksperimenterte med dem, og startet med den engelske fysikeren og legen William Gilbert (1544–1603). Ved å ha slike kilder til rådighet var det mulig å oppdage for eksempel Coulombs lov (1785), men det var umulig å oppdage selv Ohms lov (1826), for ikke å snakke om Faradays lover (1833). Fordi den akkumulerte statiske ladningen var liten og ikke kunne gi en strøm som varte i minst noen få sekunder.

Situasjonen endret seg etter arbeidet til professoren i medisin ved universitetet i Bologna, Luigi Galvani (1737–1798), som oppdaget, som han trodde, «dyreelektrisitet». Hans berømte avhandling ble kalt "On the Forces of Electricity in Muscular Movement." I noen av Galvanis eksperimenter skjedde verdens første mottak av radiobølger. Generatoren var gnister fra en elektroformaskin, mottaksantennen var en skalpell i Galvanis hender, og mottakeren var et froskebein. Galvanis assistent utførte eksperimenter med en elektrisk maskin i et stykke fra den dissekerte frosken. Samtidig la Galvanis kone Lucia merke til at froskebein trekker seg sammen akkurat i det øyeblikket en gnist hopper i maskinen, slik at både tilfeldighetens og observasjonens rolle er synlig.

Den italienske fysikeren Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745–1827) ble interessert i Galvanis eksperimenter. Han var allerede en kjent vitenskapsmann: i 1775 designet han en harpikselektrofor, det vil si at han oppdaget elektretstoffer, i 1781 - et følsomt elektroskop, og litt senere - en kondensator, et elektrometer og andre instrumenter. I 1776 oppdaget han også den elektriske ledningsevnen til flammer, og i 1778 fikk han for første gang ren metan fra gass han samlet i sumper og demonstrerte evnen til å antenne den fra en elektrisk gnist. Volta var først en ivrig tilhenger av Galvanis teori om "dyreelektrisitet". Men hans egen repetisjon av eksperimentene hans overbeviste Volta om at Galvanis eksperimenter burde forklares på en helt annen måte: froskebenet er ikke en kilde, men bare en mottaker av elektrisitet. Kilden er forskjellige metaller som berører hverandre. "Metaller er ikke bare utmerkede ledere," skrev Volta, "men også elektrisitetsmotorer."

Dette var nøkkelutsagnet som gjorde det mulig å lage galvaniske celler, batterier og akkumulatorer som omgir oss på alle kanter og gjennom hele livet. Prinsippet for deres virkemåte er beskrevet i skoleboken, og mye mer detaljert enn nødvendig for videre diskusjon. Essensen er enkel: i et ledende medium (elektrolytt) er det to forskjellige ledere (elektroder), som reagerer med det på en slik måte at de lades med motsatte ladninger. Hvis du kobler disse elektrodene (anode og katode) med en ekstern leder (belastning), vil strøm begynne å flyte gjennom den.

Volta protesterte mot Galvani og ble først kvitt frosken, og erstattet den med sin egen tunge. For eksempel la han en gull- eller sølvmynt på tungen og en kobbermynt under tungen. Så snart to mynter ble koblet sammen med et stykke ledning, føltes umiddelbart en sur smak i munnen, kjent for alle som har smakt kontaktene til et lommelyktbatteri på tungen. Da ekskluderte Volta fullstendig "dyreelektrisitet" fra eksperimentene, og brukte bare instrumenter i eksperimentene sine.

Det var ett trinn igjen til oppfinnelsen i 1800 av den første permanente kilden til elektrisk strøm. Dette skjedde da Volta koblet sammen par av sink- og kobberplater i serie, atskilt med avstandsstykker av papp eller lær, som ble dynket i en alkaliløsning eller saltvann. Denne designen ble kalt "voltaisk søyle" etter oppfinneren. Designet var tungt, væsken ble presset ut av pakningene, så Volta erstattet den med kopper med en syreløsning, hvori sink og kobber (eller sølv) strimler eller sirkler ble dyppet. Koppene ble koblet i serie, og for å holde batteripolene tett plasserte Volta sine individuelle elementer i en sirkel. Denne designen ble kalt "Voltisk krone" på grunn av sin form.

Etter oppdagelsen mistet Volta interessen for det og trakk seg fra vitenskapelig arbeid, og overlot andre forskere til å utvikle læren om elektrisitet. Men Alessandro Voltas bidrag til studiet av elektrisitet er så betydelig at spenningsenheten er oppkalt etter ham. Og da Napoleon så i biblioteket til Vitenskapsakademiet et bilde av en laurbærkrans med påskriften "To the Great Voltaire", slettet han flere bokstaver, så det viste seg: "To the Great Volta." Den voltaiske søylen og dens variasjoner har gjort det mulig for mange forskere å utføre eksperimenter med en langvarig likestrømkilde. Det var med denne oppdagelsen at epoken med elektrisitet begynte. Sannsynligvis den mest entusiastiske anmeldelsen av Voltas oppdagelse ble etterlatt av hans biograf, den franske fysikeren Dominique François Arago (1786–1853): «En søyle sammensatt av sirkler av kobber, sink og våt tøy. Hva kan man forvente a priori av en slik kombinasjon? Men denne samlingen, merkelig og tilsynelatende inaktiv, denne søylen av forskjellige metaller adskilt av en liten mengde væske, utgjør et prosjektil som er mer vidunderlig enn det mennesket aldri har oppfunnet, ikke engang unntatt teleskopet og dampmaskinen.»

"Store batterier"

Volta handlet veldig klokt ved å sende et brev i mars 1800 til Joseph Banks (1743–1820), president for Royal Society of London, datidens ledende vitenskapelige senter. I brevet beskrev Volta de forskjellige designene til elektrisitetskildene hans, som han kalte galvanisk til minne om Galvani. Banks var botaniker, så han viste brevet til sine kolleger - fysikeren og kjemikeren William Nicholson (1753–1815) og legen og kjemikeren, presidenten for Royal College of Surgeons Anthony Carlyle (1768–1842). Og allerede i april, ifølge Voltas beskrivelse, laget de et batteri fra 17, og deretter fra 36 seriekoblede sinksirkler og halvkronemynter, som da ble laget av 925-sølv. Mellom dem ble det lagt pappputer dynket i saltvann.

Under eksperimentene oppdaget Nicholson frigjøring av gassbobler nær kontakten med sink- og kobberleder. Han fastslo at det var hydrogen - og etter lukten, fordi hydrogen oppnådd ved å løse opp sink i syrer eller alkalier ofte har en lukt. Sink inneholder vanligvis en blanding av arsen, som reduseres til arsin, og nedbrytningsproduktene lukter hvitløk. I september 1800 samlet den tyske fysikeren Johann Ritter (1776–1810) gassen som ble frigjort under elektrolysen av vann fra en annen batterielektrode og viste at det var oksygen. Samme år plasserte den engelske kjemikeren William Cruikshank (1745–1800) sink- og kobberplater i en horisontal lang boks – samtidig som det var enkelt å erstatte brukte (halvoppløste og dekket med reaksjonsprodukter) sinkelektroder. Når den ikke var i bruk, ble elektrolytten tappet ut av boksen for ikke å kaste bort sink. Cruickshank brukte ammoniumkloridløsning som elektrolytt, og deretter fortynnet syre. Faraday anbefalte en blanding av svake (1–2 %) løsninger av svovelsyre og salpetersyre. Med denne elektrolytten løste sinken seg sakte opp, og frigjorde små bobler av hydrogen. Hydrogen ble også frigjort på kobberanoden, og emk til en battericelle var bare 0,5 V.

Utviklingen av hydrogen på sink er assosiert med polariseringen av denne elektroden, noe som øker den indre motstanden og senker potensialet til elementet. For å forhindre dette fenomenet, amalgamerte den britiske fysikeren og elektroingeniøren William Sturgeon (1783–1850), skaperen av den første elektromagneten, sinkplater. I 1840 erstattet den engelske legen Alfred Smee (1818–1877) kobberelektroden med en sølvelektrode belagt med et grovt lag av platina. Dette akselererte frigjøringen av hydrogenbobler fra løsningen og økte emf. Slike batterier ble mye brukt i galvaniseringsteknologi. Dermed ble det laget skulpturer ved St. Isak-katedralen i St. Petersburg ved hjelp av galvaniseringsmetoden. Metoden for å produsere elektrolytiske kopier i metall ble utviklet av St. Petersburg-akademikeren Moritz Hermann (Boris Semenovich) Jacobi i 1838, nettopp under byggingen av katedralen. Du kan lese mer om denne teknikken på nettstedet "Bibliotek med bøker om skulptur".

Et av de beste batteriene i hans tid ble satt sammen av den berømte engelske legen og kjemikeren William Hyde Wollaston (Wallaston, 1766–1828), kjent for oppdagelsen av palladium og rhodium, samt teknologien for å produsere de fineste metalltrådene som var brukes i sensitive instrumenter. I hver celle var en sinkelektrode omgitt på tre sider av en kobberelektrode med en liten spalte som hydrogenbobler ble sluppet ut i luften gjennom.

Den berømte engelske fysikeren Humphry Davy (1778–1829) utførte først eksperimenter med et batteri gitt til ham av Volta selv; så begynte han å produsere stadig kraftigere av sin egen design - fra kobber- og sinkplater atskilt med en vandig løsning av ammoniakk. Hans første batteri bestod av 60 slike elementer, men noen år senere satte han sammen et veldig stort batteri, som allerede besto av tusen elementer. Ved hjelp av disse batteriene var han for første gang i stand til å skaffe metaller som litium, natrium, kalium, kalsium og barium, og i form av amalgam - magnesium og strontium.

Et av de største batteriene ble laget i 1802 av fysikeren og elektroingeniøren Vasily Vladimirovich Petrov (1761–1834). Hans "store batteri" på 4200 kobber- og sinkplater "halvannen tomme" i størrelse var plassert i smale trekasser. Hele batteriet var sammensatt av fire rader, hver ca. 3 m lange, koblet i serie med kobberbraketter. Teoretisk sett kan et slikt batteri produsere en spenning på opptil 2500 V, men i virkeligheten ga det rundt 1700. Dette gigantiske batteriet tillot Petrov å utføre mange eksperimenter: han dekomponerte forskjellige stoffer med strøm, og i 1803 produserte han en elektrisk lysbue for første gang i verden. Med dens hjelp var det mulig å smelte metaller og lyse opp store rom. Det var imidlertid ekstremt arbeidskrevende å vedlikeholde dette batteriet. Under forsøkene oksiderte platene og måtte rengjøres regelmessig. Dessuten kunne en arbeider rengjøre 40 tallerkener på en time. Ved å jobbe 8 timer om dagen, ville denne arbeideren alene ha brukt minst to uker på å forberede batteriet for de neste eksperimentene.

Sannsynligvis den mest uvanlige voltaiske cellen ble laget av den tyske kjemikeren Friedrich Wöhler (1800–1882). I 1827, ved å varme opp aluminiumklorid med kalium, oppnådde han metallisk aluminium - i pulverform. Det tok ham 18 år å få tak i aluminium i form av en ingot. I Wöhler-elementet var begge elektrodene laget av aluminium! Dessuten ble den ene nedsenket i salpetersyre, den andre i en løsning av natriumhydroksid. Karene med løsninger var forbundet med en saltbro.

Daniel, Leclanche og andre

Grunnlaget for moderne galvaniske celler ble utviklet i 1836 av John Frederick Daniel (1790–1845), en engelsk fysiker, kjemiker og meteorolog (han oppfant også en fuktighetsmåler - et hygrometer). Daniel klarte å overvinne polarisasjonen av elektrodene. I hans første element ble et stykke av en okses spiserør fylt med fortynnet svovelsyre med en sinkstav i midten satt inn i et kobberkar som inneholdt en løsning av kobbersulfat. Faraday foreslo å isolere sinken med innpakningspapir, hvis porer også kunne tillate elektrolyttioner å passere gjennom. Men Daniel begynte å bruke et porøst leirekar som membran. Legg merke til at tilbake i 1829 eksperimenterte Antoine César Becquerel (1788–1878), bestefar til den mer berømte Antoine Henri Becquerel, som oppdaget radioaktivitet og delte den med Curies i 1903, med kobber- og sinkelektroder nedsenket i løsninger av kobbernitrat og sink sulfat, henholdsvis tilbake i 1829. Nobelprisen i fysikk. Daniels element produserte en stabil spenning på 1,1 V i lang tid. For denne oppfinnelsen ble Daniel tildelt den høyeste utmerkelsen til Royal Society - Copley Gold Medal. I løpet av de siste 180 årene har det dukket opp mange modifikasjoner av dette elementet; samtidig prøvde utviklerne deres forskjellige måter å bli kvitt det porøse karet.

Med fremkomsten av telegraflinjer oppsto et behov for mer praktiske og rimelige strømkilder, uten porøse skillevegger, med en enkelt elektrolytt og med lang levetid. I 1872 ble Daniel-elementet erstattet av det normale elementet til Josiah Latimer Clark (1822–1898): positiv elektrode - kvikksølv, negativ - 10 % sinkamalgam, emf 1,43 V. Og i 1892 ble det erstattet av Edwards kvikksølv-kadmium-element Weston (1850–1936) med en emk på 1,35 V. Modifikasjonen, kalt det normale Weston-elementet, brukes fortsatt som spenningsstandard - ved lave belastninger gir den en svært stabil spenning i området 1,01850–1,01870 V, kjent med nøyaktighet opp til det femte tegnet.

En versjon av Daniel-elementet, som ikke hadde en porøs septum, ble utviklet i 1859 av den tyske fysikeren og oppfinneren Heinrich Meidinger (1831–1905). I bunnen av karet er det en kobberelektrode og krystaller av kobbersulfat (de kommer fra trakten), sinkelektroden er festet på toppen. En tung mettet løsning av kobbersulfat forblir i den nedre delen: diffusjonen av kobberioner til sinkelektroden motvirkes av utladningen av disse ionene under drift av elementet, og grensen mellom løsningene skiller seg veldig skarpt ut. Derav navnet på kilder av denne typen - gravitasjonselement. Meidinger-elementet kan fungere kontinuerlig i flere måneder uten vedlikehold eller tilsetning av reagenser. Dette elementet ble mye brukt i Tyskland fra 1859 til 1916 som strømkilde for jernbanetelegrafnettet. Lignende kilder fantes i Frankrike og USA - under navnet Callot og Lockwood-elementer. Grunnstoffet foreslått i 1839 av den engelske fysikeren og kjemikeren William Robert Grove (1811–1896) hadde gode egenskaper. Elektrodene i den var sink og platina, atskilt med en porøs skillevegg og nedsenket i henholdsvis løsninger av svovelsyre og salpetersyre.

Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899), kjent for sine oppdagelser og oppfinnelser (spektralanalyse, brenner, etc.), erstattet den dyre platinaelektroden med presset karbon. Karbonelektroder er også til stede i moderne batterier, men i Bunsen ble de nedsenket i salpetersyre, som spiller rollen som en depolarisator (nå er de mangandioksid). Bunsens elementer har vært mye brukt i laboratorier i lang tid. De kunne gi, om enn for kort tid, stor strøm. Bunsen-elementer ble for eksempel brukt av den unge Charles Martin Hall (1863–1914), som oppdaget den elektrolytiske metoden for å produsere aluminium. Mange slike celler ble koblet sammen for å danne et batteri; Samtidig krevdes nesten 16 g sink til 1 g isolert aluminium! Den franske kjemikeren og oppfinneren Edme Hippolyte Marie-Davy (1820–1893) erstattet salpetersyre i Bunsen-elementet med en pasta av kvikksølv(I)sulfat og svovelsyre; Elektrolytten var en løsning av sinksulfat. I 1859 ble det gjort en sammenligning av et batteri på 38 av disse cellene (emf på hver 1,4 V) med et batteri på 60 Daniel-celler. Den første fungerte i 23 uker, den andre - bare 11. Imidlertid forhindret de høye kostnadene og toksisiteten til kvikksølvsalter den utbredte bruken av slike elementer.

Den tyske fysikeren Johann Christian Poggendorff (1796–1877) brukte en løsning av kaliumdikromat i svovelsyre som en depolarisator i sitt element. Poggendorff er kjent som utgiveren av magasinet Annalen der Physik und Chemie– Han hadde denne stillingen i 36 år. Poggendorff-elementet produserte den høyeste EMF (2,1 V) og for en kort tid - høy strøm. En viktig fordel var muligheten til å fjerne sinkelektroden fra løsningen for å rengjøre eller erstatte den.

Warren de la Rue (1815–1889), som først tok bilder av månen og solen, samlet et stort batteri på 14 tusen celler i 1868. Elektrodene i dem var sølvbelagt med sølvklorid og amalgamert sink, og elektrolytten var en løsning av natriumklorid, sinkklorid eller kaliumhydroksid. Sink-sølvkloridceller brukes fortsatt i dag; de lagres tørt og aktiveres ved fylling med ferskvann eller sjøvann, hvoretter elementet kan fungere i opptil 10 måneder. Slike elementer kan brukes av ofre for en vannulykke. Billigere, men mindre kraftige celler bruker en Cu/CuCl-elektrode.

En av de mest kjente kjemiske strømkildene er mangan-sink-elementet, beskrevet i 1868 av den franske kjemikeren Georges Leclanche (1839–1882) og utviklet av ham flere år tidligere. I denne cellen er karbonelektroden omgitt av en depolarisator av mangandioksid, blandet med karbonpulver for bedre elektrisk ledningsevne. For å forhindre at blandingen smuldrer opp ved helling av elektrolytten (ammoniumkloridløsning), ble den plassert sammen med anoden i en porøs beholder. Leclanche-elementet tjente i lang tid, krevde ikke vedlikehold og kunne produsere ganske stor strøm. For å prøve å gjøre det mer praktisk, bestemte Leclanche seg for å tykne elektrolytten med en pasta. Dette endret ting på en revolusjonerende måte: Leclanchets elementer var ikke lenger redde for å velte ved et uhell, de kunne brukes i alle posisjoner. Leclanches oppfinnelse fikk umiddelbart kommersiell suksess, og oppfinneren selv, som forlot sitt hovedyrke, åpnet en fabrikk for produksjon av elementer. Leclanchets mangan-sinkceller var billige og produserte i store mengder. Å kalle dem "tørre" er imidlertid ikke helt riktig: elektrolytten i dem var "halvflytende", men i ekte tørre celler skal den være solid. Leclanche døde i en alder av 43, før oppfinnelsen av slike elementer.

Fra 1802 til 1812 ble det konstruert flere tørrbatterier, hvorav den mest kjente er den såkalte zamboniev, eller zamboniev-søylen (se «Chemistry and Life» nr. 6, 2007). Den italienske fysikeren og presten Giuseppe Zamboni (1776–1846) satte i 1812 sammen en søyle med flere hundre papirsirkler, på den ene siden var det et tynt lag med sink, og på den andre en blanding av mangandioksid og vegetabilsk gummi. Elektrolytten var fuktigheten i papiret. En slik pol ga høy spenning, men bare en veldig liten strøm. Det er Zamboni-søylen som har latt koppene klirre i klokken, som ligger i Clarendon Laboratory i Oxford, i nesten to århundrer. Et slikt batteri er imidlertid ikke egnet for praktiske formål.

Den første tørre galvaniske cellen som kunne brukes i praksis ble patentert i 1886 av den tyske ingeniøren Karl Gassner (1855–1942). De kjemiske reaksjonene som skjedde i den var de samme som i tidligere design: Zn + 2MnO 2 + 2NH 4 Cl → 2MnO(OH) + Cl 2. I dette tilfellet tjente sinkelektroden samtidig som en ytre beholder. Elektrolytten var en blanding av mel og gips; en løsning av ammonium og sinkklorid ble absorbert på den (gips ble senere erstattet med stivelse). Tilsetning av sinkklorid til elektrolytten reduserte korrosjonen av sinkelektroden betydelig og forlenget holdbarheten til cellen. Den positive elektroden var en karbonstav, som var omgitt av en masse mangandioksid og sot i en papirpose. Elementet ble forseglet på toppen med bitumen. Kapasiteten til elementene ble kompensert av størrelsen. Gassners saltelement har generelt sett overlevd til i dag og produseres i mengder på mange milliarder stykker per år. Men i det tjuende århundre ble de konkurrert av alkaliske elementer, som noen ganger feilaktig kalles "alkaliske", uten å bry seg om å se i ordboken når de oversetter fra engelsk.

Avslutningsvis bemerker vi at galvaniske batterier av en eller annen design var hovedkildene til elektrisitet frem til oppfinnelsen av dynamoen.

Elektromotorisk kraft. - "Elementer".

Doktor i fysiske og matematiske vitenskaper V. OLSHANSKY

MYSTERISK TRIUMF

Volta demonstrerer oppfinnelsen sin for Napoleon - Voltaisk søyle.

Luigi Galvani (1737-1798).

Lucia Galeazzi, Galvanis kone.

I sine eksperimenter brukte Galvani en elektroformaskin som ligner på denne.

Galvani, hans kone og en assistent gjennomfører et eksperiment i hjemmelaboratoriet deres. A. Muzzi, 1862.

En frosk forberedt for eksperimenter med en elektroformaskin og en Leyden-krukke. Tegning fra Galvanis avhandling.

Opplegg for et eksperiment for å studere atmosfærisk elektrisitet. Detektoren er et froskebein, hvis nerve er koblet til en lynavleder, og muskelen er koblet gjennom en leder til vann i brønnen. Tegning fra Galvanis avhandling.

Alessandro Volta (1745-1827).

En voltaisk søyle som består av metallskiver atskilt av sirkler av våt tøy.

I 1801 fant en slående begivenhet sted i Paris, gjentatte ganger beskrevet av vitenskapshistorikere: i nærvær av Napoleon Bonaparte ble en presentasjon av verket "Et kunstig elektrisk organ som imiterer det naturlige elektriske organet til en ål eller rokke" presentert med en demonstrasjon av en modell av dette orgelet. Napoleon belønnet generøst forfatteren: en medalje ble slått til ære for vitenskapsmannen og en pris på 80 000 ecu ble etablert. Alle de ledende vitenskapelige samfunnene på den tiden, inkludert St. Petersburgs vitenskapsakademi, uttrykte et ønske om å se ham i sine rekker, og de beste universitetene i Europa var klare til å gi ham sine avdelinger. Han fikk senere tittelen greve og ble utnevnt til medlem av senatet i kongeriket Italia. Navnet på denne mannen er velkjent i dag, og ulike versjoner av kunstige elektriske organer som imiterer naturlige produseres i milliarder av mengder. Vi snakker om Alessandro Volta og hans oppfinnelse - Voltaic Column, prototypen på alle moderne batterier og akkumulatorer. Hva har Voltaic-søylen å gjøre med fiskens elektriske organer - mer om dette senere, men la oss foreløpig være oppmerksom på at demonstrasjonen ble gjennomført med ettertrykkelig pomp og prakt og foran en stor folkemengde.

Den voltaiske søylen skal ha produsert en spenning på 40-50 volt og en strøm på mindre enn én ampere. Hva var det egentlig Volta måtte vise for å fange alles fantasi? Tenk deg at det ikke er Volta, men deg, som står foran Napoleon med en boks full av de beste batteriene og ønsker å demonstrere noe spektakulært med dem. Lyspærer, motorer, spillere osv. er ikke engang en idé ennå. Grovt sett, hvor kunne Volta legge batteriene sine?

Den elektroforiske maskinen hadde lenge vært kjent på den tiden; Leyden-krukken hadde blitt oppfunnet mer enn 50 år tidligere. Alt forbundet med gnister, knitrende, glødende elektrifiserte baller og samtidig hopping av en stor gruppe mennesker fra et elektrisk sjokk har blitt demonstrert mer enn én gang og har ikke forårsaket en liten brøkdel av slike utmerkelser og priser. Hvorfor falt triumfen til den voltaiske søylens andel?

Tilsynelatende var hemmeligheten bak suksessen at Volta gjentok før Napoleon eksperimentene med å gjenopplive avkuttede medlemmer ved hjelp av små mengder elektrisitet. "Jeg gjorde dem ikke bare på frosker, men også på ål og andre fisker, på øgler, salamandere, slanger og, enda viktigere, på små varmblodige dyr, nemlig mus og fugler," skrev vitenskapsmannen i 1792, i begynnelsen på forskning som til slutt førte til en stor oppfinnelse. Se for deg ulike avkuttede deler av ulike dyr som ligger helt urørlig, slik det sømmer seg avkuttede lemmer som livskraften har strømmet ut fra. Den minste berøring av den voltaiske søylen – og kjøttet kommer til live, skjelver, trekker seg sammen og grøsser. Har det vært flere fantastiske eksperimenter i vitenskapens historie?

Men alle vet at ideen om disse eksperimentene ikke tilhørte Volta, men til Luigi Galvani. Hvorfor ble han ikke hedret først, eller i det minste ved siden av Volta? Årsaken er ikke at Galvani allerede var død på det tidspunktet – hadde han levd, ville Napoleonsprisen mest sannsynlig gått til Volta. Og det handler ikke om Napoleon - i de påfølgende årene var han ikke den eneste som hevet Volta og forringet Galvani. Og det var grunner til det.

STÅ "FROSK BASSENG"

Fra fysikklærebøker er omtrent følgende kjent om Luigi (eller, i latinisert form, Aloysius) Galvani: italiensk lege, anatom og fysiolog fra slutten av 1700-tallet; Han snublet over fenomenet, kalt "Galvani-eksperimentet", ved et uhell og kunne ikke forklare det riktig, siden han gikk ut fra en falsk hypotese om eksistensen av en slags dyreelektrisitet. Men fysikeren Alessandro Volta var i stand til å forstå fenomenet og lage en nyttig enhet basert på det.

Det ser ut til at bildet er klart: en anatom skar frosker (hva annet kan en anatom gjøre?), snublet ved et uhell over det faktum at et bein ryker under påvirkning av strøm, og forsto ingenting - han er ikke en fysiker, hvordan kan han forstå essensen av ting. Volta, en fysiker, gjentok alt nøye, forklarte alt riktig og til og med bekreftet det med praksis. Og det faktum at anatomen og legen, enten av sta eller tankeløshet, fortsatte å insistere på egenhånd, karakteriserer ham fullstendig dårlig.

Det er ikke klart hvorfor menneskeheten viste seg å være så støttende for denne legen at den tildelte navnet hans til ledningsstrømmer, og et helt felt av fysikk, og en enhet for å måle strøm, og den viktigste teknologiske prosessen med elektrokjemisk avsetning av metallbelegg , og til og med de nåværende kildene oppfunnet av Volta. Ikke en av de mest kjente fysikerne - verken Newton, Descartes, Leibniz, Huygens, eller den klassiske fysikkens kjære, James Clerk Maxwell - er assosiert med så mange begreper.

Men her er det morsomme: når det kommer til ikke-fysiske felt, er begrepene knyttet til navnet Galvani ganske respektable og stabile: galvanisk terapi, galvanisk bad, galvanotaxis. Hvis det gjelder fysikk, så er det for hvert galvanisk begrep et antigalvanisk begrep: ikke et galvanometer, men et amperemeter; ikke galvanisk strøm, men ledningsstrøm; ikke en galvanisk celle, men en kjemisk strømkilde. Jo mer ortodoks en fysikklærebok er, jo mindre sannsynlig er det å finne i den ikke bare noen omtale av Galvanis vitenskapelige fordeler, men også galvanisk terminologi. De offisielle myndighetene i Sir Isaac Newtons imperium, eller «laugsmenn» som Goethe kalte dem, nekter helt klart statsborgerskap til Luigi Galvani, men noen skriver stadig navnet hans på veggene til vitenskapens tempel og minner om hans eksistens.

Og nå skal vi snakke om forskning utført nesten to hundre år etter publiseringen av Gilberts arbeid. De er assosiert med navnene på den italienske professoren i anatomi og medisin Luigi Galvani og den italienske professoren i fysikk Alessandro Volta.

I anatomilaboratoriet ved Universitetet i Boulogne gjennomførte Luigi Galvani et eksperiment, hvis beskrivelse sjokkerte forskere over hele verden. Frosker ble dissekert på et laboratoriebord. Målet med eksperimentet var å demonstrere og observere de nakne nervene i lemmene deres. På dette bordet var det en elektrostatisk maskin, ved hjelp av hvilken en gnist ble opprettet og studert. La oss sitere uttalelsene til Luigi Galvani selv fra hans verk "On Electrical Forces during Muscular Movements": "... En av assistentene mine berørte ved et uhell de indre lårbensnervene til frosken med en spiss. Froskens ben rykket kraftig. ” Og videre: "... Dette er mulig når en gnist trekkes ut fra maskinens kondensator."

Dette fenomenet kan forklares som følger. Atomene og luftmolekylene i området der gnisten oppstår påvirkes av et elektrisk felt i endring, som et resultat får de en elektrisk ladning og slutter å være nøytrale. De resulterende ionene og elektrisk ladede molekylene sprer seg over en viss, relativt kort avstand fra den elektrostatiske maskinen, siden når de beveger seg, kolliderer med luftmolekyler, mister de ladningen. Samtidig kan de samle seg på metallgjenstander som er godt isolert fra jordoverflaten, og utlades hvis det oppstår en ledende elektrisk krets til bakken. Gulvet i laboratoriet var tørt, tre. Han isolerte godt rommet der Galvani jobbet fra bakken. Gjenstanden som ladningene samlet seg på var en metallskalpell. Selv en liten berøring av skalpellen til froskens nerve førte til en "utladning" av statisk elektrisitet akkumulert på skalpellen, noe som førte til at benet ble trukket tilbake uten noen mekanisk ødeleggelse. Fenomenet med sekundær utladning i seg selv, forårsaket av elektrostatisk induksjon, var allerede kjent på den tiden.

Det strålende talentet til en eksperimentator og gjennomføringen av et stort antall forskjellige studier tillot Galvani å oppdage et annet fenomen som er viktig for den videre utviklingen av elektroteknikk. Eksperimenter er i gang for å studere atmosfærisk elektrisitet. La oss sitere Galvani selv: "... Lei... av meningsløs venting... begynte... å presse kobberkrokene fast i ryggmargen til jernristen - froskebein krympet." Resultatene av eksperimentet, utført ikke utendørs, men innendørs i fravær av noen fungerende elektrostatiske maskiner, bekreftet at en sammentrekning av froskemuskelen, lik sammentrekningen forårsaket av gnisten fra en elektrostatisk maskin, oppstår når froskens kropp blir berørt samtidig av to forskjellige metallgjenstander - en ledning og en plate av kobber, sølv eller jern. Ingen hadde observert et slikt fenomen før Galvani. Basert på resultatene av observasjoner trekker han en dristig, entydig konklusjon. Det er en annen kilde til elektrisitet, det er "animalsk" elektrisitet (begrepet tilsvarer begrepet "elektrisk aktivitet av levende vev"). Levende muskler, hevdet Galvani, er en kondensator som en Leyden-krukke, positiv elektrisitet samler seg inne i den. Froskens nerve fungerer som en indre "leder". Å koble to metallledere til en muskel fører til at det oppstår en elektrisk strøm, som i likhet med en gnist fra en elektrostatisk maskin får muskelen til å trekke seg sammen.

Galvani eksperimenterte for å oppnå et entydig resultat bare på froskemuskler. Kanskje det var dette som tillot ham å foreslå å bruke et "fysiologisk preparat" av et froskebein som en måler for mengden elektrisitet. Et mål på mengden elektrisitet, for vurderingen som en lignende fysiologisk indikator tjente, var aktiviteten med å heve og falle labben når den kommer i kontakt med en metallplate, som samtidig berøres av en krok som går gjennom ryggmargen av frosken, og frekvensen for å heve poten per tidsenhet. I noen tid ble en slik fysiologisk indikator brukt til og med av fremtredende fysikere, og spesielt av Georg Ohm.

Galvanis elektrofysiologiske eksperiment tillot Alessandro Volta å lage den første elektrokjemiske kilden til elektrisk energi, som igjen åpnet en ny æra i utviklingen av elektroteknikk.

Alessandro Volta var en av de første som satte pris på Galvanis oppdagelse. Han gjentar Galvanis eksperimenter med stor forsiktighet og mottar mye data som bekrefter resultatene hans. Men allerede i sine første artikler «On Animal Electricity» og i et brev til Dr. Boronio datert 3. april 1792, fremhever Volta, i motsetning til Galvani, som tolker de observerte fenomenene fra «animal»-elektrisitets ståsted, kjemiske og fysiske fenomener. Volta fastslår viktigheten av å bruke forskjellige metaller (sink, kobber, bly, sølv, jern) for disse eksperimentene, mellom hvilke en klut dynket i syre plasseres.

Her er hva Volta skriver: "I Galvanis eksperimenter er kilden til elektrisitet en frosk. Men hva er en frosk eller et hvilket som helst dyr generelt? For det første er dette nerver og muskler, og de inneholder forskjellige kjemiske forbindelser. Hvis nerver og muskler til en dissekert frosk er kombinert med to forskjellige metaller, så når en slik krets er lukket, vises en elektrisk effekt. I mitt siste eksperiment deltok også to forskjellige metaller - disse er staniol (bly) og sølv, og rollen av væsken ble spilt av spyttet fra tungen. Ved å lukke kretsen med en koblingsplate skapte jeg forhold for kontinuerlig bevegelse av den elektriske væsken fra ett sted til et annet. Men jeg kunne ganske enkelt legge de samme metallgjenstandene i vann eller inn i en væske som ligner på spytt? Hva har "dyrisk" elektrisitet med det å gjøre?"

Eksperimenter utført av Volta lar oss formulere konklusjonen om at kilden til elektrisk virkning er en kjede av forskjellige metaller når de kommer i kontakt med en fuktig klut eller en klut dynket i en sur løsning.

I et av brevene til sin venn, legen Vasaghi (igjen et eksempel på legens interesse for elektrisitet), skrev Volta: «Jeg har lenge vært overbevist om at all handling kommer fra metaller, fra kontakten som den elektriske væsken kommer inn i. en fuktig eller vannholdig kropp. På dette grunnlaget mener jeg at han har rett til å tilskrive alle nye elektriske fenomener til metaller og erstatte navnet "dyreelektrisitet" med uttrykket "metallisk elektrisitet".

Ifølge Volta er froskebein et følsomt elektroskop. En historisk tvist oppsto mellom Galvani og Volta, så vel som mellom deres tilhengere - en tvist om "dyr" eller "metallisk" elektrisitet.

Galvani ga ikke opp. Han ekskluderte metall fullstendig fra eksperimentet og dissekerte til og med frosker med glasskniver. Det viste seg at selv med et slikt eksperiment førte kontakten av froskens lårnerve med muskelen til en tydelig merkbar, men mye mindre, sammentrekning enn med deltakelse av metaller. Dette var den første registreringen av bioelektriske fenomener som moderne elektrodiagnostikk av kardiovaskulære og en rekke andre menneskelige systemer er basert på.

Volta prøver å avdekke naturen til de uvanlige fenomenene som er oppdaget. Han formulerer tydelig følgende problem for seg selv: "Hva er årsaken til fremveksten av elektrisitet?" Jeg spurte meg selv på samme måte som hver av dere ville gjøre det. Refleksjoner førte meg til én løsning: fra kontakten mellom to forskjellige metaller for eksempel sølv og sink forstyrres elektrisitetsbalansen i begge metaller. Ved kontaktpunktet for metallene ledes positiv elektrisitet fra sølv til sink og akkumuleres på sistnevnte, mens negativ elektrisitet konsentreres til sølv. betyr at elektriske stoffer beveger seg i en bestemt retning Når jeg plasserte plater av sølv og sink oppå hverandre uten mellomliggende avstandsstykker, det vil si at sinkplatene var i kontakt med sølvplatene, så ble deres totale effekt redusert til null. For å forsterke den elektriske effekten eller oppsummere den, bør hver sinkplate bringes i kontakt med bare ett sølv og sekvensielt legge til det største antallet par. Dette oppnås nøyaktig ved å plassere et vått stykke tøy på hver sinkplate, og dermed skille den fra sølvplaten til det neste paret." Mye av det Volta sa mister ikke sin betydning selv nå, i lys av moderne vitenskapelige ideer.

Dessverre ble denne striden tragisk avbrutt. Napoleons hær okkuperte Italia. For å nekte å sverge troskap til den nye regjeringen, mistet Galvani stolen, fikk sparken og døde snart. Den andre deltakeren i tvisten, Volta, levde for å se den fulle anerkjennelsen av funnene til begge forskerne. I en historisk tvist hadde begge rett. Biolog Galvani gikk inn i vitenskapens historie som grunnleggeren av bioelektrisitet, fysikeren Volta - som grunnleggeren av elektrokjemiske strømkilder.

Herald av epoken med elektroteknikk Alessandro Volta

Til 200-årsjubileet for den første kilden til elektrisk strøm

Jan Schneiberg, D. Charlet

Alessandro Volta var, som de nå sier, en ikonisk figur i historien til elektrisitet, elektroteknikk og telekommunikasjon.

I det siste kvartalet av 1700-tallet var mye allerede kjent om egenskapene til den mystiske "elektriske kraften". Elektrostatiske friksjonsmaskiner ble designet for å produsere elektriske ladninger (Francis Gouxby, England), fenomenet elektrisk ledningsevne ble oppdaget (Stephen Gray, England) og konseptet med to typer elektrisitet ble gitt - "glass" og "harpiks" - deretter " positiv" og "negativ" (Charles Dufay, Frankrike). En lagringsenhet for elektriske ladninger ble opprettet - den første kondensatoren, den såkalte "Leyden-krukken" (Ewald Kleist, Pommern, og Pieter van Mussenbroek, Holland), lynet ble "temmet" (B. Franklin, USA) ved å bruke en lynavleder (i dagligdagse vokabular "lynavleder") . Til slutt ble den første loven om elektrostatikk etablert (Charles Coulomb, Frankrike).

Men den epokegjørende oppdagelsen av Volta - "kontaktelektrisitet" - så ut til å oppsummere alle de tidligere oppnådde resultatene og ga en kraftig drivkraft til nye, mer dyptgående studier av elektrisitets natur og muligheten for dens praktiske anvendelse.

Alessandro Volta ble født 18. februar 1745 på familieeiendommen til sine forfedre, nær den lille byen Como i Nord-Italia. Han kommer fra en aristokratisk familie, moren hans var hertuginne Maddalena Inzai. I sine tidligste år led Alessandro av forsinket fysisk og mental utvikling; han begynte å snakke først i en alder av fire. Da gikk utviklingen veldig raskt. I motsetning til sin skjebnekarriere som prest, ble han interessert i fysiske eksperimenter, og allerede i en alder av 18 korresponderte han med en av datidens mest fremtredende elektriske fysikere, en demonstrant av spektakulære offentlige elektriske eksperimenter, abbed Jean Nollet.

Alessandro Volta

Fra 1774 til 1779 Volta er fysikklærer ved Royal School of Como. I en alder av 26 publiserte han sitt første vitenskapelige arbeid, "Empiriske studier av metoder for spennende elektrisitet og forbedring av utformingen av en maskin." Han gjorde sin første seriøse oppfinnelse i 1772. Det var det såkalte kondensatorelektroskopet med divergerende sugerør (forbinder et elektroskop med en kondensator), som hadde mye større følsomhet enn tidligere elektroskop med kork- eller hyllebærkuler opphengt i tråder. Enheten hadde metriske egenskaper, siden avbøyningen av stråene med en vinkel på opptil 30° viste seg å være proporsjonal med ladningen til elektroskopet. Elektroskopet var i mange år det viktigste måleinstrumentet som ble brukt av Volta selv og andre forskere.

I en alder av tretti ble Volta berømt. Han oppfant harpikselektroforen, eller, som oppfinneren selv kalte den, "elettrophoro perpetuo", som betyr "permanent bærer av elektrisitet." Den elektroforiske maskinen brukte fenomenet elektrifisering gjennom induksjon, mens i de elektrostatiske maskinene som ble brukt ble elektrisitet produsert ved friksjon. Enheten er ekstremt enkel og også ekstremt original. Den består av to metallskiver. Den ene, si den nederste, er dekket med et lag med harpiks. Når den gnis med hånden, skinnhanske eller pels, lades skiven med negativ elektrisitet. Hvis du tar med den øvre disken til den, vil sistnevnte lades som vist i fig. 1 a. Når ubundet elektrisitet avledes ned i bakken (fig. 1 b), i det minste med eksperimentørens finger, vil den øvre disken være positivt ladet. Du kan løfte den og fjerne ladningen fra den (fig. 1 c). Ved å gjenta syklusen med å senke og heve den øvre disken mange ganger, kan du øke ladningen like mange ganger.

Ris. 1. Diagram som forklarer driften av Voltas elektrofor

Volta indikerte at elektroforen hans "fortsetter å fungere selv tre dager etter lading." Og videre: "Min maskin gjør det mulig å få strøm i all slags vær og gir en effekt som er mer utmerket enn den beste disken og kulen (elektrostatisk - forfatterens notat) maskiner." Så, en elektrofor er en enhet som gjør det mulig å oppnå kraftige utladninger av statisk elektrisitet. Volta utvunnet fra den "gnister ti eller tolv fingertykkelser og enda mer..." Voltas elektrofor fungerte som grunnlag for konstruksjonen av en hel klasse med induksjon, såkalte "elektroforer" ", biler.

Polemisk kommentar. Noen historikere innen fysikk og elektroteknikk mener at Volta ikke oppfant elektroforen, men bare forbedret en enhet som ble oppfunnet tidligere av St. Petersburg-akademikeren Franz Epinus. I 1758 foreslo Epinus faktisk teorien om å overføre "elektrisitet gjennom påvirkning" - ved metoden for elektrostatisk induksjon, det vil si, i moderne terminologi, oppfant han en metode. Han bygde også den første enheten som beviste denne muligheten. Den besto av en metallskål der en støpt masse av elektrifisert svovel ble satt inn og deretter fjernet. Både koppen og svovelet viste seg å være elektrisk ladet.

Epinus gikk imidlertid ikke utover en laboratoriedemonstrasjon, og enheten han fant opp fikk ikke praktisk anvendelse. Volta, på grunnlag av metoden oppfunnet av Epinus, oppfant en original elektrofor, som gir en ny teknisk effekt sammenlignet med prototypen, som i henhold til alle patentlovens kanoner er anerkjent som en oppfinnelse. Dette er typisk for teknologihistorien. Når metoden først ble oppfunnet, gjorde det mulig å bruke prinsippet til å lage, det vil si oppfinne ulike enheter. For eksempel oppfant P. Schilling en metode for elektromagnetisk telegrafi og den første enheten for implementeringen. Så, på samme prinsipp, oppfant C. Wheatstone og W. Cook pekertelegrafen, og Morse oppfant trykktelegrafen. Alle av dem er med rette betraktet som oppfinnere.

Volta selv innrømmet at Apinus innså ideen om en elektrofor, men konstruerte ikke en komplett enhet.

I 1776 oppfant Volta en gasspistol - "Volta-pistolen", der metangass eksploderte fra en elektrisk gnist.

I 1779 ble Volta invitert til å ta lederen for fysikk ved et universitet med en tusenårig historie i byen Pavia, hvor han arbeidet i 36 år.

En progressiv og modig professor bryter han med det latinske språket og underviser studenter fra bøker skrevet på italiensk.

Volta reiser mye: Brussel, Amsterdam, Paris, London, Berlin. I hver by hilser forskermøter ham, feirer ham med æresbevisninger og gir ham gullmedaljer. Imidlertid er Voltas "fineste time" fortsatt foran; den vil komme om mer enn to tiår. I mellomtiden beveger han seg bort fra elektrisitetsforskningen i femten år, lever et avmålt liv som professor og er engasjert i ulike ting som interesserer ham. I en alder av over førti giftet Volta seg med den adelige Teresa Pellegrina, som fødte ham tre sønner.

Og nå - en sensasjon! Professoren kommer over Galvanis nettopp publiserte avhandling "On Electrical Forces in Muscular Movement." Transformasjonen av Voltas posisjon er interessant. Først oppfatter han avhandlingen med skepsis. Så gjentok han Galvanis eksperimenter og allerede 3. april 1792 skrev han til sistnevnte: "... siden jeg ble øyenvitne og observerte disse miraklene, har jeg kanskje gått fra mistillit til fanatisme."

Denne tilstanden varte imidlertid ikke lenge. Den 5. mai 1792, i sin universitetsforelesning, hyller han eksperimentene til Galvani, men den neste forelesningen, den 14. mai, gjennomføres på en polemisk måte, og uttrykker ideen om at frosken mest sannsynlig bare er en indikator på elektrisitet , "et elektrometer, titalls ganger mer følsomt enn selv det mest følsomme elektrometeret med gullblader."

Snart legger det skarpe øyet til fysikeren merke til noe som ikke vakte oppmerksomheten til fysiologen Galvani: skjelvingen av froskebein observeres bare når den berøres av ledninger av to forskjellige metaller. Volta antyder at musklene ikke deltar i dannelsen av elektrisitet, og deres sammentrekning er en sekundær effekt forårsaket av stimulering av nerven. For å bevise dette utfører han et kjent eksperiment der en sur smak oppdages på tungen når en tinn- eller blyplate påføres tuppen, og en sølv- eller gullmynt påføres midten av tungen eller på kinnet og platen og mynten er forbundet med en ledning. Vi føler en lignende smak når vi slikker to batterikontakter samtidig. Den syrlige smaken blir til en "alkalisk", det vil si gir en bitter smak hvis metallgjenstander byttes på tungen.

I juni 1792, bare tre måneder etter at Volta begynte å gjenta Galvanis eksperimenter, var han ikke lenger i tvil: "Derfor er metaller ikke bare utmerkede ledere, men også motorer for elektrisitet; de gir ikke bare den enkleste veien som passerer elektrisk

væske, ... men de selv forårsaker den samme ubalansen ved å trekke ut denne væsken og introdusere den, på samme måte som det som skjer når man gnider idioelektrisk" (det var det de kalte kropper som ble elektrifisert av friksjon på Voltas tid - forfatterens notat).

Så Volta etablerte loven om kontaktspenninger: to forskjellige metaller forårsaker en "likevektsubalanse" (i moderne termer skaper de en potensiell forskjell) mellom begge, hvoretter han foreslo å kalle elektrisiteten oppnådd på denne måten ikke "dyr", men " metallisk". Dette begynte hans syv år lange reise til en virkelig stor skapelse.

Den første serien med unike eksperimenter for måling av kontaktpotensialforskjeller (CPD) resulterte i kompileringen av den berømte "Volta-serien", der elementene er ordnet i følgende rekkefølge: sink, tinnfolie, bly, tinn, jern, bronse, kobber, platina, gull, sølv, kvikksølv, grafitt (Volta klassifiserte feilaktig grafitt som et metall - forfatterens notat).

Hver av dem, som kommer i kontakt med noen av de påfølgende medlemmene av serien, mottar en positiv ladning, og denne påfølgende mottar en negativ ladning. For eksempel jern (+) / kobber (-); sink (+) / sølv (-), etc. Volta kalles kraften som genereres av kontakten mellom to metaller elektroeksitatorisk, eller elektromotorisk kraft. Denne kraften flytter elektrisitet slik at det skapes en spenningsforskjell mellom metallene. Volta slo videre fast at spenningsforskjellen vil være større jo lenger metallene befinner seg fra hverandre. For eksempel jern/kobber - 2, bly/tinn - 1, sink/sølv - 12.

I 1796-1797 En viktig lov ble avslørt: potensialforskjellen mellom to ledd i en serie er lik summen av potensielle forskjeller til alle mellomledd:

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

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

I tillegg har eksperimenter vist at spenningsforskjeller ikke oppstår i en "lukket serie": A/B + B/C + C/D + D/A = 0. Dette gjorde at det gjennom flere rene metalliske kontakter var umulig å oppnå høyere spenninger enn ved direkte kontakt av kun to metaller.

Fra et moderne synspunkt var teorien om kontaktelektrisitet foreslått av Volta feil. Han regnet med muligheten for kontinuerlig å skaffe energi i form av galvanisk strøm uten å bruke noen annen type energi.

Likevel, på slutten av 1799, klarte Volta å oppnå det han ønsket. Han slo først fast at når to metaller kommer i kontakt, får det ene mer stress enn det andre. For eksempel, når man kobler kobber- og sinkplater, har kobberplaten et potensial på 1, og sinkplaten har et potensial på 12. Tallrike påfølgende eksperimenter førte Volta til den konklusjon at en kontinuerlig elektrisk strøm bare kan oppstå i en lukket krets sammensatt av ulike ledere - metaller (som han kalte førsteklasses ledere) og væsker (som han kalte andreklasses ledere).

Dermed kom Volta, uten å helt innse det, til opprettelsen av et elektrokjemisk element, hvis handling var basert på konvertering av kjemisk energi til elektrisk energi.

Ris. 2. Typer galvaniske celler avbildet av Volta i et brev til Banks: over - et koppbatteri, under - varianter av "voltaiske søyler".

Volta var i stand til å oppnå betydelige spenninger ved å plassere en søyle av sirkler av identiske kontaktpar av metaller, identisk orientert og atskilt med våte stoffavstandsstykker. Volta selv illustrerte essensen av dette ved å bruke eksemplet med koppbatteriet hans (fig. 2 ovenfor). I den venstre koppen er det en kobberplate, dens potensial er 1. I de neste tre koppene er de venstre platene sink, de høyre er kobber; i den siste koppen - sink; hver sink en i en kopp er forbundet med en metallbue til en kobber en i den neste koppen. Den første sinkplaten har et potensial på 12. Volta antok at to metallplater adskilt av en væske får samme potensial. Følgelig vil det andre kobberet også ha et potensial på 12, og det andre sink vil ha et potensial på 12 + 11 = 23; tredje sink 12 + 2 * 11 = = 34; den fjerde 12 + 3 * 11 = 45, osv. For eksempel vil den 10. sink få potensialet 12 + 9 * 11 = 111.

Volta rapporterte sin oppdagelse i et brev datert 20. mars 1800 til presidenten for Royal Society of London, Joseph Banks. I meldingen "Om elektrisitet begeistret ved enkel kontakt med enkle ledende stoffer" skriver han: "... jeg... har gleden av å rapportere noen fantastiske resultater som jeg har oppnådd. Det viktigste av disse resultatene... er opprettelse av en enhet som fungerer kontinuerlig... .. skaper en uforgjengelig ladning, gir en kontinuerlig impuls til den elektriske væsken." Og videre: «Prosjektilet jeg snakker om - og dette vil overraske deg - ... er ikke annet enn en samling gode ledere av forskjellig slag, arrangert på en bestemt måte. Tjue, førti eller seksti sirkler av kobber eller til og med bedre, sølv, hver foldet med en sirkel av tinn eller bedre sink, og samme antall lag med vann eller annen væske som leder bedre enn vann, for eksempel saltvann, lut, etc., eller biter av papp, lær , etc., godt fuktet disse væskene, og disse lagene er plassert mellom de to forskjellige metallene i hvert par. Dette er alt som utgjør mitt nye instrument." Volta selv foreslo i utgangspunktet å kalle enheten hans, eller prosjektilet, eller instrumentet et "kunstig elektrisk organ", og omdøpte det deretter til en "elektromotorisk kolonne." Senere begynte franskmennene å kalle denne enheten en "galvanisk kolonne" eller "voltaisk kolonne".

Volta var ansvarlig for å introdusere begrepene "kapasitans", "krets", "elektromotorisk kraft", "spenningsforskjell".

Ære og berømmelse kom til oppfinneren. I Frankrike blir det preget en medalje til hans ære, og den første konsulen til katalogen, general Bonaparte, oppretter et fond på 200 000 franc for "strålende oppdagere" innen elektrisitet og deler ut førsteprisen til forfatteren av søylen. Volta blir ridder av Legion of Honor, Jernkorset, får tittelen senator og greve, blir medlem av Paris og St. Petersburg Academies of Sciences, medlem av Royal Society of London, som tildeler ham Coplay Gullmedalje.

Opprettelsen av den "voltaiske kolonnen" var en revolusjonerende begivenhet i vitenskapen om elektrisitet, den forberedte grunnlaget for fremveksten av moderne elektroteknikk og hadde en enorm innvirkning på hele historien til menneskelig sivilisasjon. Det er ikke overraskende at Voltas samtidige, franske akademiker D. Arago betraktet Voltaic-søylen som "... den mest bemerkelsesverdige enheten som noen gang er laget av mennesker, ikke unntatt teleskopet og dampmaskinen."

I den første tredjedelen av 1800-tallet forble "Volta-søylen" den eneste kilden til elektrisk strøm, som ble brukt til deres eksperimenter og oppdagelser av store forskere - V. Petrov, X. Davy, A.-M. Ampere, M. Faraday.

Blant dem var den første som forbedret "voltaisk kolonne" Vasily Petrov, professor i fysikk ved St. Petersburg Medical-Surgical Academy. Han påpekte at mer intens strøm kunne oppnås fra et kraftigere batteri. I 1802 skapte han en unik høyspenningsstrømkilde (ca. 1700 V), som han kalte et "stort batteri." Dette batteriet bestod av 2100 kobber-sinkceller (batteriene som fantes i Europa på den tiden hadde 15-20 grunnstoffer). I sitt essay "News of Galvani-Volta Experiments", publisert i 1803, beskrev V. Petrov fenomenet med den elektriske lysbuen som ble oppdaget av ham og indikerte at med sitt "sterke lys, som ligner på sollys eller en flamme, kan et mørkt rom være ganske klart opplyst." Dette markerte begynnelsen på to retninger: elektrisk smelting av metaller og deres utvinning fra malm og dannelsen av lysbuelamper.

Volta var heldig nok til å leve for å se de viktigste oppdagelsene gjort ved hjelp av oppfinnelsen hans: virkningen av strøm på en magnetisk nål, gjensidig rotasjon av ledere med strøm og en magnet (prototypen til en elektrisk motor), Amperes utvikling av det grunnleggende av elektrodynamikk. I 1819 forlot Volta professoratet.

Han døde i sin fødeby i 1827 i en alder av 82 år.

Legender om Volta sirkulerte i løpet av hans levetid. For å bevise sin teori om "kontaktelektrisitet" utførte han i 1794 eksperimentet "Wet Quartet". Fire menn med våte hender sto i ring. Så tok den første sinkplaten med høyre hånd, og rørte ved tungen på den andre med venstre; den andre berørte øyeeplet til den tredje, som holdt den dissekerte frosken i bena, og den fjerde grep kroppen med høyre hånd, og med venstre førte sølvplaten til sinkplaten, som den første holdt med høyre hånd. hånd. I kontaktøyeblikket skalv den første kraftig, den andre krympet av "sitronsmaken" i munnen, den tredje fikk gnister fra øynene, den fjerde følte ubehagelige opplevelser, og frosken så ut til å våkne til liv og skjelve. Dette synet sjokkerte øyenvitner.

Voltas vitenskapelige bidrag ble høyt verdsatt av hans samtidige - han ble ansett som den største fysikeren i Italia etter Galileo. Basert på Voltas oppfinnelse, frem til slutten av 1800-tallet, ble rundt to hundre varianter av "voltaisk kolonne" - elektrokjemiske strømkilder - foreslått.

Minnet om Volta ble udødeliggjort i 1881 på den internasjonale kongressen for elektrikere i Paris, hvor en av de viktigste elektriske enhetene - spenningsenheten - fikk navnet "volt".

Opprettelsen av den "voltaiske kolonnen" avsluttet epoken med elektrostatikk og markerte begynnelsen på epoken med elektroteknikk.

Så ved overgangen til 1700- og 1800-tallet skjedde det en overgang fra elektrisitet for vitenskap til elektrisitet for menneskeheten - for industri, hverdagsliv og kultur.

Litteratur

1. Llozzi M. Fysikkens historie. Per. fra italiensk - M.: Mir, 1970.
2. Lebedev V. Elektrisitet, magnetisme og elektroteknikk i deres historiske utvikling. - M.-L.: N.-t. Publishing House of the NKTP USSR, 1937.
3. Kartsev V. Eventyr av store ligninger. - M.: Kunnskap, 1978.
4. Dorfman Ya. G. Fysikkens verdenshistorie fra antikken til slutten av 1700-tallet. - M.: Nauka, 1974.
5. Samarin M. S. Volt, Ampere, Ohm og andre enheter av fysiske mengder innen kommunikasjonsteknologi. - M.: Radio og kommunikasjon, 1988.
6. Rosenberg F. Fysikkens historie. Del III, utgave. I. - M.-L.: N.-t. Publishing House of the NKTP USSR, 1935.
7. Veselovsky O. N., Shneyberg Ya. A. Essays om elektroteknikkens historie. - M.: Forlag MPEI, 1993.
8. Ordbok for vitenskapelig biografi. Vol. 14, 1976.