Luigi Galvani - biyoelektrik araştırmacısı

9 Eylül 1737'de Bologna'da (Papalık Devletleri) doğdu, tam 61 yıl yaşadıktan sonra 4 Aralık 1798'de orada yaşadı ve öldü. Mesleği o zamanlar oldukça yaygın olan bir doktor, fizikçi ve filozoftu. Latince adı Aloysius Galvani'dir.

İlk keşfeden Luigi Galvani oldu biyoelektrik. 1780 yılında Luigi ölü kurbağaların cesetleri üzerinde deneyler yaptı. Kaslarına elektrik akımı verdi, patileri seğirdi, kaslar kasılmaya başladı. Bu, sinir sisteminin sinyallerini incelemeye yönelik ilk adımdı.

Kısa biyografi

Luigi Galvani (1737-1798)

Dominico ve dördüncü eşi Barbara Foschi'nin çocuğu olarak dünyaya geldi. Luigi'nin ebeveynleri aristokrat değildi ama çocuklarından birini eğitmeye yetecek kadar paraları vardı. Luigi Galvani, o dönemde büyük ölçüde prestijli olan bir kilise dini eğitimi almak istiyordu ve 15 yıl boyunca bir dini enstitüde, yani Padri Filippini şapelinde (Oratorio dei Padri Filippini) okudu. Gelecekte dini yeminler etmeyi planladı, ancak ailesi onu bunu yapmamaya ve eğitimine daha fazla devam etmeye ikna etti. 1755 civarında Luigi, Bologna Üniversitesi Sanat Fakültesi'ne girdi. Luigi orada eserleri incelediği bir tıp kursu aldı. Hipokrat, Galen Ve İbn Sina (İbni Sina). Luigi, eserleri incelemenin yanı sıra ameliyat da dahil olmak üzere tıbbi uygulamalarla da uğraştı. Bu onun daha fazla çalışmasına ve araştırma yapmasına olanak sağladı. biyoelektrik.

Luigi Galvani, 1759'da tıp ve felsefe diploması aldı ve bu diploma ona 21 Haziran 1761'de savunduğu tezini savunduktan sonra üniversitede ders verme hakkı kazandı. Zaten 1762'de anatomi ve cerrahi alanında fahri öğretim görevlisi oldu. Aynı yıl üniversite profesörlerinden birinin kızı Lucia Galeazzi ile evlendi. Luigi, Profesör Galeazzi'nin evinde yaşamaya başladı ve araştırmasında ona yardım etti. 1775 yılında kayınpederinin ölümünden sonra Luigi Galvani, merhum Galezzi'nin yerine öğretmen olarak atandı.

Galvani'nin 1776'dan itibaren Bilimler Akademisi'nin bir üyesi olarak sorumluluğu, pratik insan anatomisi alanında düzenli araştırmaları içeriyordu. Her yıl en az bir çalışma yayınlaması gerekiyordu.

Kurbağalarla yapılan deneyler

Birkaç yıl sonra Luigi Galvani elektriğin tıbbi kullanımına ilgi göstermeye başladı. Bu araştırma alanı, 18. yüzyılın ortalarından itibaren elektriğin insan vücudu üzerindeki etkilerinin keşfedilmesinden sonra ortaya çıkmıştır.

Luigi Galvani'nin kurbağa gövdesiyle yaptığı deneyin diyagramı, 1780'lerin sonlarında

Deneylerin başlangıcına göre bir efsane var. biyoelektrik aşağıdaki gibi meydana gelen bir olaya dayanıyordu.

Luigi, derisinin statik elektrik üretmesini denemek için ölü bir kurbağayı masanın üzerine koydu. Daha önce, masa üzerinde statik elektrikle ilgili deneyler zaten yapılmıştı ve asistanının (asistanının) kurbağanın açıkta kalan siyatik sinirine elektrik yüklü metal bir neşterle dokunduğu ortaya çıktı. Parçalamayı planlamış olmalı. Ama sonra beklenmedik bir şey oldu. Asistan kıvılcımları gördü ve ölü kurbağanın bacağı sanki canlıymış gibi kasıldı.

Bu gözlem araştırmaya başlamanın ilk adımıydı biyoelektrik. arasında bir bağlantı keşfedildi sinirsel aktivite ve elektrik arasında biyolojik yaşam ve elektrik sinyalleri. Kas aktivitesinin elektrolitlerdeki akımın yardımıyla elektrik yardımıyla gerçekleştirildiği ortaya çıktı. Bundan önce bilimde kas aktivitesinin hava ve su elementlerinin adını taşıyan bir madde aracılığıyla gerçekleştiği genel kabul görüyordu.

Galvani terimi tanıttı - hayvan elektriği(hayvan elektriği) kasları harekete geçiren kuvveti tanımlamak için kullanılır. Bu fenomen daha sonra adlandırıldı galvanizleme (galvanizleme), ancak çağdaşlarının önerisi üzerine Galvani'den sonra.

Şu anda biyolojinin galvanik etkilerinin incelenmesi elektrofizyoloji gibi bir alanda yürütülmektedir. İsim galvanizleme bilimsel bir bağlamdan çok tarihsel bir bağlamda kullanılır.

Galvani vs Volta

Deneysel Fizik Profesörü Alessandro Volta Pavia Üniversitesi'nde Galvani'nin deneylerinin doğruluğundan şüphe eden ve araştırmasına devam eden ilk bilim adamıydı.

Amacı kas kasılmasının nedeninin gerçekten olup olmadığını belirlemekti. biyoelektrik veya metal teması sonucu oluşur. Canlı hücrelerin elektrik üretemediği, yani hayvan elektriğinin olmadığı anlaşıldı.

Alessandro Volta Hipotezimi test ettim ve canlı hücrelerin gerçekten de elektrik üretebildiğini keşfettim. biyoelektrik Varsa, canlı hücreler akım kaynaklarıdır. Volta'nın, kasların yalnızca dış elektriğin bir sonucu olarak, statik yüklü metal bir nesneye dokunduklarında kasıldığı yönündeki hipotezi, kendisi tarafından çürütüldü. Daha fazla araştırma Alessandro Volta onu canlı hücrelerde meydana gelenlere benzer elektrokimyasal olayları kullanan bir galvanik pilin yaratılmasına yönlendirdi.

Volta, yaptığı araştırmalar sonucunda her hücrenin kendine ait hücresel potansiyeli olduğunu keşfetti. biyoelektrik potansiyel fark yaratan elektrokimyasal hücrelerle aynı kimyasal bazlara sahiptir. Alessandro Volta meslektaşına saygı gösterdi ve terimi tanıttı galvanizleme keşifte Luigi Galvani'nin değerini vurgulamak biyoelektrik. Ancak Volta, bazı özel elektriğin şu şekilde olmasına itiraz etti: hayvan elektrik sıvısı ve o haklıydı. Ödül, kimyasal akım kaynaklarının, yani galvanik hücrelerin yaratılmasıydı. Alessandro Volta Birçok galvanik hücreden oluşan kimyasal pilleri üreten ilk kişi. Bu tür pillere çağrıldı volt kutbu 100 Volt'un üzerinde EMF değerine sahip bir kaynak birçok elementten bir araya getirildi ve bu da elektrik olgusunun daha fazla incelenmesini mümkün kıldı.

Luigi Galvani'nin eserleri

Luigi Galvani'nin büyük eseri biyoelektrik Motu Musculari Commentarius'ta De Viribus Electricitatis (PDF formatında), kas hareketi sırasındaki elektrik kuvvetleri üzerine Rusça İnceleme'ye çevrilmiştir (djvu formatı). Bu çalışmaları aşağıdakiler için indirebilirsiniz: derinlemesine çalışma ve ufkunuzu genişletiyor.

18. yüzyılın sonuna kadar, elektrik olaylarını inceleyen fizikçilerin elinde yalnızca statik elektrik kaynakları vardı - kehribar parçaları, kaynaşmış kükürt topları, elektrofor makineleri, Leyden kavanozları. İngiliz fizikçi ve doktor William Gilbert (1544-1603) başta olmak üzere pek çok bilim insanı bunlarla deneyler yaptı. Elimizde bu tür kaynaklar olduğundan, örneğin Coulomb yasasını (1785) keşfetmek mümkündü, ancak Faraday yasalarından (1833) bahsetmeye bile gerek yok, Ohm yasasını (1826) bile keşfetmek imkansızdı. Çünkü biriken statik yük küçüktü ve en az birkaç saniye süren bir akım sağlayamıyordu.

Bologna Üniversitesi'ndeki tıp profesörü Luigi Galvani'nin (1737-1798) kendi inandığı gibi "hayvan elektriğini" keşfetmesiyle durum değişti. Ünlü eserinin adı “Kas Hareketinde Elektrik Kuvvetleri Üzerine” idi. Galvani'nin bazı deneyleri dünyada ilk kez radyo dalgalarının alınmasıyla sonuçlandı. Jeneratör bir elektrofor makinesinden çıkan kıvılcımlardı, alıcı anten Galvani'nin elindeki bir neşterdi ve alıcı da bir kurbağa bacağıydı. Galvani'nin asistanı, parçalara ayrılan kurbağadan belli bir mesafede bir elektrik makinesiyle deneyler yaptı. Aynı zamanda Galvani'nin eşi Lucia, makineye bir kıvılcım sıçradığı anda kurbağanın bacaklarının kasıldığını fark etti, böylece hem şansın hem de gözlemin rolü görünür oldu.

İtalyan fizikçi Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745–1827), Galvani'nin deneyleriyle ilgilenmeye başladı. Zaten ünlü bir bilim adamıydı: 1775'te bir reçine elektroforu tasarladı, yani elektret maddelerini keşfetti, 1781'de - hassas bir elektroskop ve biraz sonra - bir kapasitör, bir elektrometre ve diğer aletler. 1776 yılında alevin elektriksel iletkenliğini de keşfetmiş ve ilk kez 1778 yılında bataklıklardan topladığı gazdan saf metan elde ederek onu bir elektrik kıvılcımıyla tutuşturma yeteneğini göstermiştir. Volta ilk başta Galvani'nin “hayvan elektriği” teorisinin ateşli bir destekçisiydi. Ancak deneylerini tekrarlaması Volta'yı, Galvani'nin deneylerinin tamamen farklı bir şekilde açıklanması gerektiğine ikna etti: Kurbağanın bacağı bir kaynak değil, yalnızca elektriğin alıcısıdır. Kaynak birbirine temas eden farklı metallerdir. Volta, "Metaller yalnızca mükemmel iletkenler değil, aynı zamanda elektrik motorlarıdır" diye yazdı.

Bu, bizi her yönden ve yaşamımız boyunca çevreleyen galvanik hücrelerin, pillerin ve akümülatörlerin yaratılmasını mümkün kılan anahtar ifadeydi. Operasyonlarının prensibi okul ders kitabında ve daha fazla tartışma için gerekenden çok daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. İşin özü basittir: İletken bir ortamda (elektrolit), zıt yüklerle yüklenecek şekilde onunla reaksiyona giren iki farklı iletken (elektrot) vardır. Bu elektrotları (anot ve katot) harici bir iletkene (yük) bağlarsanız, içinden akım akmaya başlayacaktır.

Galvani'ye itiraz eden Volta, ilk olarak kurbağayı ortadan kaldırdı ve yerine onu koydu. kendi dili. Mesela dilinin üzerine altın veya gümüş para, dilinin altına da bakır para yerleştirdi. İki madeni para bir tel parçasıyla birbirine bağlanır bağlanmaz, dil üzerinde bir el feneri pilinin temas noktalarını tadan herkese tanıdık gelen, ağızda hemen ekşi bir tat hissedildi. Daha sonra Volta, deneylerinde yalnızca aletleri kullanarak “hayvan elektriğini” deneylerin dışında bıraktı.

1800 yılında ilk kalıcı elektrik akımı kaynağının icadına bir adım kalmıştı. Bu, Volta'nın alkali bir çözelti veya tuzlu suya batırılmış karton veya deri ayırıcılarla ayrılmış çinko ve bakır çiftlerini seri halinde bağlamasıyla gerçekleşti. Bu tasarıma mucidin anısına "voltaik sütun" adı verildi. Tasarım ağırdı, contalardan sıvı sıkılmıştı, bu yüzden Volta onu içine çinko ve bakır (veya gümüş) şeritlerin veya dairelerin batırıldığı asit solüsyonlu kaplarla değiştirdi. Kaplar seri olarak bağlandı ve akü terminallerini yakın tutmak için Volta, ayrı ayrı elemanlarını bir daire içine yerleştirdi. Bu tasarıma şekli nedeniyle “Voltik taç” adı verildi.

Bu keşfin ardından Volta ona olan ilgisini kaybetti ve oradan uzaklaştı. bilimsel çalışma, diğer bilim adamlarına elektrik doktrinini geliştirmeyi bıraktı. Ancak Alessandro Volta'nın elektrik çalışmalarına katkısı o kadar önemlidir ki, voltaj birimine onun adı verilmiştir. Ve Napolyon, Bilimler Akademisi kütüphanesinde "Büyük Voltaire'e" yazan bir defne çelengi resmini gördüğünde birkaç mektubu sildi ve ortaya çıktı: "Büyük Volta'ya." Volta sütunu ve çeşitleri, çok sayıda bilim insanının uzun ömürlü bir doğru akım kaynağıyla deneyler yapmasına olanak sağladı. Bu keşifle elektrik çağı başladı. Volta'nın keşfine ilişkin muhtemelen en coşkulu inceleme onun biyografisini yazan Fransız fizikçi Dominique François Arago (1786-1853) tarafından yapılmıştır: “Bakır, çinko ve ıslak kumaştan oluşan dairelerden oluşan bir sütun. Böyle bir kombinasyondan öncelikli olarak ne beklenebilir? Ancak bu tuhaf ve görünüşe göre hareketsiz olan koleksiyon, az miktarda sıvıyla ayrılmış bu farklı metal sütunu, teleskopu ve buhar makinesini bile hesaba katmadan, insanın şimdiye kadar icat etmediği kadar harika bir mermi oluşturuyor."

“Devasa piller”

Volta, Mart 1800'de akıllıca davranarak Londra Kraliyet Cemiyeti Başkanı Joseph Banks'e (1743-1820) bir mektup gönderdi. bilim merkezi o zamanın. Mektupta Volta, Galvani'nin anısına galvanik adını verdiği elektrik kaynaklarının çeşitli tasarımlarını anlattı. Banks bir botanikçiydi, bu yüzden mektubu meslektaşlarına, fizikçi ve kimyager William Nicholson'a (1753-1815) ve doktor ve kimyager, Kraliyet Cerrahlar Koleji Başkanı Anthony Carlyle'a (1768-1842) gösterdi. Ve zaten Nisan ayında, Volta'nın açıklamasına göre, 17'den, ardından 36 seri bağlantılı çinko daireden ve daha sonra 925 ayar gümüşten yapılmış yarım kron madeni paralardan bir pil yaptılar. Aralarına tuzlu suya batırılmış karton pedler yerleştirildi.

Deneyler sırasında Nicholson, çinko ve bakır iletkenin teması yakınında gaz kabarcıklarının salındığını keşfetti. Bunun hidrojen olduğunu ve kokusundan tespit etti, çünkü çinkonun asitler veya alkaliler içinde çözülmesiyle elde edilen hidrojenin genellikle bir kokusu vardır. Çinko genellikle arsine indirgenmiş bir arsenik karışımı içerir ve ayrışma ürünleri sarımsak gibi kokar. Eylül 1800'de Alman fizikçi Johann Ritter (1776–1810), suyun elektrolizi sırasında açığa çıkan gazı başka bir pil elektrotundan topladı ve bunun oksijen olduğunu gösterdi. Aynı yıl, İngiliz kimyager William Cruikshank (1745-1800) çinko ve bakır plakaları yatay uzun bir kutuya yerleştirirken, kullanılmış (yarı çözünmüş ve reaksiyon ürünleriyle kaplanmış) çinko elektrotları değiştirmek kolaydı. Kullanılmadığı zaman çinko israfını önlemek için elektrolit kutudan boşaltıldı. Cruikshank, elektrolit olarak amonyum klorür çözeltisini kullandı ve ardından asidi seyreltti. Faraday, sülfürik ve nitrik asitlerin zayıf (%1-2) çözeltilerinin bir karışımını önerdi. Bu elektrolitle çinko yavaş yavaş çözünerek küçük hidrojen kabarcıkları açığa çıktı. Bakır anotta da hidrojen salındı ​​ve bir pil hücresinin emk'si yalnızca 0,5 V idi.

Çinko üzerinde hidrojenin evrimi, bu elektrotun polarizasyonuyla ilişkilidir, bu da iç direnci arttırır ve elementin potansiyelini düşürür. Bu fenomeni önlemek için, ilk elektromıknatısın yaratıcısı İngiliz fizikçi ve elektrik mühendisi William Sturgeon (1783–1850), çinko plakaları birleştirdi. 1840 yılında İngiliz doktor Alfred Smee (1818-1877), bakır elektrotu kaba bir platin tabakasıyla kaplanmış gümüş elektrotla değiştirdi. Bu, hidrojen kabarcıklarının çözeltiden salınmasını hızlandırdı ve emk'yi arttırdı. Bu tür piller elektrokaplama teknolojisinde yaygın olarak kullanıldı. Böylece St. Petersburg'daki St. Isaac Katedrali'nde elektrokaplama yöntemi kullanılarak heykeller yapıldı. Metalde elektrolitik kopya üretme yöntemi, St. Petersburg akademisyeni Moritz Hermann (Boris Semenovich) Jacobi tarafından 1838'de katedralin inşası sırasında geliştirildi. Bu teknik hakkında daha fazla bilgiyi “Heykel üzerine kitapların bulunduğu kütüphane” web sitesinde okuyabilirsiniz.

Zamanının en iyi pillerinden biri, paladyum ve rodyumun keşfiyle ve ayrıca en iyi metal iplikleri üretme teknolojisiyle ünlü ünlü İngiliz doktor ve kimyager William Hyde Wollaston (Wollaston, 1766–1828) tarafından bir araya getirildi. hassas aletlerde kullanılır. Her hücrede, çinko elektrotun üç tarafı, hidrojen kabarcıklarının havaya salındığı küçük bir boşluğa sahip bir bakır elektrotla çevrelendi.

Ünlü İngiliz fizikçi Humphry Davy (1778–1829) ilk kez Volta'nın kendisine verdiği bir pille deneyler yaptı; daha sonra sulu bir amonyak çözeltisiyle ayrılan bakır ve çinko plakalardan kendi tasarımına göre giderek daha güçlü olanları üretmeye başladı. İlk bataryası bu tür 60 elementten oluşuyordu, ancak birkaç yıl sonra zaten bin elementten oluşan çok büyük bir batarya topladı. Bu pillerin yardımıyla ilk kez lityum, sodyum, potasyum, kalsiyum ve baryum gibi metalleri, amalgam - magnezyum ve stronsiyum formunda elde etmeyi başardı.

En büyük pillerden biri 1802 yılında fizikçi ve elektrik mühendisi Vasily Vladimirovich Petrov (1761–1834) tarafından yaratıldı. "Bir buçuk inç" boyutunda 4.200 bakır ve çinko levhadan oluşan "devasa pili" dar ahşap kutularda bulunuyordu. Bataryanın tamamı, her biri yaklaşık 3 m uzunluğunda, bakır braketlerle seri olarak bağlanan dört sıradan oluşuyordu. Teorik olarak böyle bir pil 2500 V'a kadar bir voltaj üretebilir, ancak gerçekte yaklaşık 1700 V verdi. Bu dev pil Petrov'un birçok deney yapmasına izin verdi: akımla ayrıştı çeşitli maddeler 1803'te dünyada ilk kez elektrik arkı aldı. Onun yardımıyla metalleri eritmek ve geniş odaları parlak bir şekilde aydınlatmak mümkün oldu. Ancak bu pilin bakımı son derece emek yoğundu. Deneyler sırasında plakalar oksitlendi ve düzenli olarak temizlenmesi gerekiyordu. Üstelik bir işçi saatte 40 tabak temizleyebiliyordu. Günde 8 saat çalışan bu işçi, tek başına, sonraki deneyler için pili hazırlamak için en az iki hafta harcamış olmalı.

Muhtemelen en sıra dışı voltaik hücre Alman kimyager Friedrich Wöhler (1800–1882) tarafından yapılmıştır. 1827'de alüminyum klorürü potasyumla ısıtarak toz halinde metalik alüminyum elde etti. Külçe halindeki alüminyumu elde etmesi 18 yılını aldı. Wöhler elemanında her iki elektrot da alüminyumdan yapılmıştır! Üstelik biri suya dalmıştı nitrik asit, diğeri - bir sodyum hidroksit çözeltisine. Solüsyonlu kaplar bir tuz köprüsüyle birbirine bağlandı.

Daniel, Leclanche ve diğerleri

Modern galvanik hücrelerin temeli, 1836'da İngiliz fizikçi, kimyager ve meteorolog John Frederick Daniel (1790-1845) tarafından geliştirildi (aynı zamanda bir nem ölçer - bir higrometre icat etti). Daniel elektrotlardaki polarizasyonun üstesinden gelmeyi başardı. İlk elementinde, ortasında bir çinko çubuk bulunan seyreltik sülfürik asitle doldurulmuş bir boğa yemek borusunun bir parçası, bir bakır sülfat çözeltisi içeren bir bakır kaba yerleştirildi. Faraday çinkoyu, gözenekleri elektrolit iyonlarının geçmesine de izin verebilecek ambalaj kağıdıyla izole etmeyi önerdi. Ancak Daniel gözenekli kilden yapılmış bir kabı diyafram olarak kullanmaya başladı. Radyoaktiviteyi keşfeden ve bunu 1903'te Curie'lerle paylaşan daha ünlü Antoine Henri Becquerel'in büyükbabası Antoine César Becquerel'in (1788-1878) 1829'da bakır nitrat ve çinko çözeltilerine batırılmış bakır ve çinko elektrotlarla deneyler yaptığını unutmayın. sırasıyla 1829'da sülfat. Nobel Fizik Ödülü. Daniel'in elemanı uzun süre 1,1 V'luk sabit bir voltaj üretti. Bu buluş için Daniel, Royal Society'nin en yüksek ödülü olan Copley Altın Madalyası'na layık görüldü. Geçtiğimiz 180 yılda bu unsurun pek çok modifikasyonu ortaya çıktı; aynı zamanda geliştiricileri gözenekli kaptan kurtulmak için farklı yollar denediler.

Telgraf hatlarının ortaya çıkışıyla birlikte, gözenekli bölmeleri olmayan, tek elektrolitli ve uzun ömürlü, daha kullanışlı ve ucuz akım kaynaklarına ihtiyaç duyuldu. 1872'de Daniel elementinin yerini Josiah Latimer Clark'ın (1822–1898) normal elementi aldı: pozitif elektrot - cıva, negatif - %10 çinko amalgam, emf 1,43 V. Ve 1892'de Edward'ın cıva-kadmiyum elementi ile değiştirildi. Weston (1850–1936), 1,35 V'luk bir emf ile. Normal Weston elemanı olarak adlandırılan modifikasyonu hala bir voltaj standardı olarak kullanılmaktadır - düşük yüklerde, bilinen 1,01850–1,01870 V aralığında oldukça kararlı bir voltaj verir. Beşinci karaktere kadar doğruluk.

Daniel elementinin gözenekli bir septuma sahip olmayan bir versiyonu, 1859'da Alman fizikçi ve mucit Heinrich Meidinger (1831–1905) tarafından geliştirildi. Kabın dibinde bir bakır elektrot ve bakır sülfat kristalleri bulunur (bunlar huniden gelir), çinko elektrot tepeye sabitlenir. Alt kısımda ağır doymuş bir bakır sülfat çözeltisi kalır: bakır iyonlarının çinko elektrota difüzyonu, elemanın çalışması sırasında bu iyonların deşarjı ile dengelenir ve çözeltiler arasındaki sınır çok keskin bir şekilde öne çıkar. Dolayısıyla bu tür kaynakların adı yerçekimi unsurudur. Meidinger elemanı bakım gerektirmeden veya reaktif eklemeden birkaç ay boyunca sürekli olarak çalışabilir. Bu eleman, Almanya'da 1859'dan 1916'ya kadar demiryolu telgraf ağı için bir güç kaynağı olarak yaygın şekilde kullanıldı. Benzer kaynaklar Fransa ve ABD'de de Callot ve Lockwood unsurları adı altında mevcuttu. 1839'da İngiliz fizikçi ve kimyager William Robert Grove (1811-1896) tarafından önerilen elementin iyi özellikleri vardı. İçindeki elektrotlar, gözenekli bir bölmeyle ayrılmış ve sırasıyla sülfürik ve nitrik asit çözeltilerine daldırılmış çinko ve platindi.

Keşifleri ve icatlarıyla (spektral analiz, yakıcı vb.) tanınan Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899), pahalı platin elektrotu preslenmiş karbonla değiştirdi. Modern pillerde de karbon elektrotlar mevcuttur, ancak Bunsen'de bunlar depolarizatör rolünü oynayan nitrik asit içine daldırılmıştır (şimdi bunlar manganez dioksittir). Bunsen elementleri uzun süredir laboratuvarlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kısa bir süre için de olsa büyük bir akım sağlayabilirler. Örneğin Bunsen elementleri, alüminyum üretimine yönelik elektrolitik yöntemi keşfeden genç Charles Martin Hall (1863–1914) tarafından kullanıldı. Bu tür hücrelerin çoğu bir pil oluşturacak şekilde bağlandı; Aynı zamanda 1 g izole alüminyum için neredeyse 16 g çinko gerekiyordu! Fransız kimyager ve mucit Edme Hippolyte Marie-Davy (1820-1893), Bunsen elementindeki nitrik asidi cıva(I) sülfat ve sülfürik asitten oluşan bir macunla değiştirdi; Elektrolit bir çinko sülfat çözeltisiydi. 1859'da bu hücrelerin 38'inden oluşan bir pil (her biri 1,4 V'luk emk) ile 60 Daniel hücresinden oluşan bir pil arasında bir karşılaştırma yapıldı. Birincisi 23 hafta, ikincisi ise sadece 11 hafta çalıştı. Bununla birlikte, cıva tuzlarının yüksek maliyeti ve toksisitesi bu tür elementlerin yaygın kullanımını engelledi.

Alman fizikçi Johann Christian Poggendorff (1796-1877), elementinde depolarizatör olarak sülfürik asit içindeki bir potasyum dikromat çözeltisini kullandı. Poggendorff derginin yayıncısı olarak biliniyor Annalen der Physik und Chemie- 36 yıl boyunca bu görevi sürdürdü. Poggendorff elemanı en yüksek EMF'yi (2,1 V) ve kısa bir süre için yüksek akımı üretti. Önemli bir avantaj, çinko elektrodu temizlemek veya değiştirmek için çözeltiden çıkarabilme yeteneğiydi.

Ay ve Güneş'in fotoğraflarını ilk çeken Warren de la Rue (1815–1889), 1868 yılında 14 bin hücrelik büyük bir pil topladı. İçlerindeki elektrotlar, gümüş klorür ve birleştirilmiş çinko ile kaplanmış gümüşten oluşuyordu ve elektrolit, bir sodyum klorür, çinko klorür veya potasyum hidroksit çözeltisiydi. Çinko-gümüş klorür hücreleri bugün hala kullanılmaktadır; kuru olarak depolanır ve tatlı veya deniz suyuyla doldurularak etkinleştirilir, ardından eleman 10 aya kadar çalışabilir. Bu tür unsurlar su kazası mağdurları tarafından kullanılabilir. Daha ucuz fakat daha az güçlü hücreler Cu/CuCl elektrotu kullanır.

En ünlü kimyasal akım kaynaklarından biri, 1868'de Fransız kimyager Georges Leclanche (1839-1882) tarafından açıklanan ve birkaç yıl önce onun tarafından geliştirilen manganez-çinko elementidir. Bu hücrede, karbon elektrot, daha iyi elektrik iletkenliği için karbon tozuyla karıştırılmış manganez dioksitten oluşan bir depolarizatörle çevrelenmiştir. Elektroliti (amonyum klorür çözeltisi) dökerken karışımın ufalanmasını önlemek için, anotla birlikte gözenekli bir kaba yerleştirildi. Leclanche elemanı uzun süre hizmet verdi, bakım gerektirmedi ve oldukça büyük bir akım üretebildi. Bunu daha kullanışlı hale getirmeye çalışan Leclanche, elektroliti bir macunla kalınlaştırmaya karar verdi. Bu, işleri devrim niteliğinde bir şekilde değiştirdi: Leclanchet'in unsurları artık kazara devrilmekten korkmuyordu; her pozisyonda kullanılabilirlerdi. Leclanche'ın icadı hemen ticari başarı elde etti ve mucit, asıl mesleğini bırakarak element üretimi için bir fabrika açtı. Leclanchet'nin manganez-çinko hücreleri ucuzdu ve büyük miktarlarda üretiliyordu. Ancak onları "kuru" olarak adlandırmak tamamen doğru değil: içlerindeki elektrolit "yarı sıvı" idi, ancak gerçek kuru pillerde katı olması gerekir. Leclanche, bu tür elementlerin icadından önce 43 yaşında öldü.

1802'den 1812'ye kadar, en ünlüsü zamboniev veya zamboniev sütunu olan birkaç kuru pil inşa edildi (bkz. “Kimya ve Yaşam” No. 6, 2007). İtalyan fizikçi ve rahip Giuseppe Zamboni (1776-1846), 1812'de, bir tarafında ince bir çinko tabakası, diğer tarafında ise manganez dioksit ve bitkisel sakız karışımı bulunan birkaç yüz kağıt daireden oluşan bir sütun oluşturdu. Elektrolit, kağıdın içerdiği nemdi. Böyle bir kutup, yüksek bir voltaj üretti, ancak yalnızca çok küçük bir akım. Neredeyse iki yüzyıl boyunca Oxford'daki Clarendon Laboratuvarı'nda bulunan çanda fincanların şıngırdamasını sağlayan Zamboni sütunuydu. Ancak böyle bir pil pratik amaçlara uygun değildir.

Pratikte kullanılabilecek ilk kuru galvanik hücrenin patenti 1886 yılında Alman mühendis Karl Gassner (1855–1942) tarafından alındı. İçinde akan kimyasal reaksiyonlarönceki tasarımlarla aynıydı: Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl → 2MnO(OH) + Cl2. Bu durumda çinko elektrot aynı anda bir dış kap görevi görüyordu. Elektrolit, un ve alçıtaşı karışımıydı; üzerine bir amonyum ve çinko klorür çözeltisi emildi (alçıtaşı daha sonra nişasta ile değiştirildi). Elektrolite çinko klorürün eklenmesi, çinko elektrotun korozyonunu önemli ölçüde azalttı ve hücrenin raf ömrünü uzattı. Pozitif elektrot, bir kese kağıdı içinde manganez dioksit ve is kütlesi ile çevrelenmiş bir karbon çubuktu. Elemanın üst kısmı bitüm ile kapatıldı. Elemanların kapasitesi boyutlarına göre telafi edildi. Gassner'ın tuz elementi genel taslak günümüze kadar gelmiştir ve yılda milyarlarca miktarda üretilmektedir. Ancak yirminci yüzyılda, İngilizceden çeviri yaparken sözlüğe bakma zahmetine girmeden, bazen yanlışlıkla "alkalin" olarak adlandırılan alkalin elementlerle rekabet ettiler.

Sonuç olarak, dinamo icat edilene kadar şu veya bu tasarımdaki galvanik pillerin ana elektrik kaynakları olduğunu not ediyoruz.

Elektromotor kuvvet. - "Elementler".

Fiziksel ve Matematik Bilimleri Doktoru V. OLSHANSKY

GİZEMLİ ZAFER

Volta, icadını Volta Sütunu Napolyon'a gösteriyor.

Luigi Galvani (1737-1798).

Lucia Galeazzi, Galvani'nin karısı.

Galvani deneylerinde buna benzer bir elektrofor makinesi kullandı.

Galvani, eşi ve asistanı evlerindeki laboratuvarda bir deney yapıyor. A. Muzzi, 1862.

Elektrofor makinesi ve Leyden kavanozu ile deneylere hazırlanan bir kurbağa. Galvani'nin incelemesinden çizim.

Atmosfer elektriğini incelemek için bir deneyin şeması. Dedektör, siniri bir paratoner çubuğuna bağlanan bir kurbağa bacağıdır ve kas, bir iletken aracılığıyla kuyudaki suya bağlanır. Galvani'nin incelemesinden çizim.

Alessandro Volta (1745-1827).

Islak kumaştan yapılmış dairelerle ayrılmış metal disklerden oluşan bir volta sütunu.

1801'de Paris'te, bilim tarihçilerinin defalarca anlattığı çarpıcı bir olay yaşandı: Napolyon Bonapart'ın huzurunda, "Yılan balığı veya vatozun doğal elektrik organını taklit eden yapay bir elektrik organı" çalışmasının sunumu, Bu organın bir modelinin gösterimi. Napolyon yazarı cömertçe ödüllendirdi: bilim adamının onuruna bir madalya basıldı ve 80.000 ekusluk bir ödül belirlendi. Tüm sunucular bilimsel topluluklar O zamanın St. Petersburg Bilimler Akademisi de dahil olmak üzere, onu kendi saflarında görmek istediklerini ifade ettiler ve en iyi üniversiteler Avrupa ona sandalyelerini vermeye hazırdı. Daha sonra kont unvanını aldı ve İtalya Krallığı Senatosu üyeliğine atandı. Bu adamın adı günümüzde çok iyi biliniyor ve doğal olanları taklit eden yapay elektrik organlarının çeşitli versiyonları milyarlarca adet üretiliyor. Alessandro Volta ve onun icadı olan tüm modern pil ve akümülatörlerin prototipi olan Volta Sütunu'ndan bahsediyoruz. Volta sütununun balıkların elektriksel organlarıyla ne ilgisi var - buna daha sonra değineceğiz, ancak şimdilik gösterinin büyük bir görkemle ve büyük bir insan kalabalığının önünde gerçekleştirildiğine dikkat edelim.

Voltaik kolonun 40-50 voltluk bir voltaj ve bir amperden daha az bir akım ürettiği iddia ediliyor. Herkesin hayal gücünü yakalamak için Volta'nın tam olarak neyi göstermesi gerekiyordu? Volta'nın değil, en iyi pillerle dolu bir kutuyla Napolyon'un önünde durduğunuzu ve onlarla muhteşem bir şey sergilemek istediğinizi hayal edin. Ampuller, motorlar, oynatıcılar vb. henüz bir fikir bile değil. Kabaca söylemek gerekirse Volta pillerini nereye koyabilirdi?

Elektroforik makine o zamana kadar uzun zamandır biliniyordu; Leyden kavanozu 50 yıldan daha önce icat edilmişti. Kıvılcımlar, çatırtılar, parlayan elektrikli toplar ve büyük bir grup insanın elektrik çarpmasından aynı anda atlaması ile ilgili her şey birden fazla kez gösterildi ve bu tür onur ve ödüllerin küçük bir kısmına bile neden olmadı. Zafer neden Volta Sütunu'nun payına düştü?

Görünüşe göre başarının sırrı, Volta'nın Napolyon'dan önce kopmuş üyeleri küçük miktarlarda elektrik yardımıyla yeniden canlandırma deneylerini tekrarlamasıydı. Bilim adamı 1792'de "Onları sadece kurbağalar üzerinde değil, aynı zamanda yılan balıkları ve diğer balıklar, kertenkeleler, semenderler, yılanlar ve daha da önemlisi küçük sıcakkanlı hayvanlar, yani fareler ve kuşlar üzerinde de yaptım" diye yazmıştı. sonuçta büyük bir buluşa yol açan araştırmanın başlangıcı. Yaşam gücünün aktığı kopmuş uzuvlara yakışır şekilde, çeşitli hayvanların çeşitli kopmuş parçalarının tamamen hareketsiz yattığını hayal edin. Volta sütununa en ufak bir dokunuşla beden canlanır, titrer, kasılır ve ürperir. Bilim tarihinde daha şaşırtıcı deneyler oldu mu?

Ancak herkes bu deneylerin fikrinin Volta'ya değil Luigi Galvani'ye ait olduğunu biliyor. Neden ilk önce ya da en azından Volta'nın yanında onurlandırılmadı? Bunun nedeni, Galvani'nin o zamana kadar çoktan ölmüş olması değil; eğer yaşasaydı, Napolyon ödülü büyük olasılıkla Volta'ya gidecekti. Ve bu Napolyon'la ilgili değil - sonraki yıllarda Volta'yı yükselten ve Galvani'yi küçümseyen tek kişi o değildi. Ve bunun nedenleri vardı.

İNATÇI "KURBAĞA HAVUZU"

Fizik ders kitaplarından Luigi (veya Latinceleştirilmiş haliyle Aloysius) Galvani hakkında yaklaşık olarak aşağıdakiler bilinmektedir: 18. yüzyılın sonlarında İtalyan doktor, anatomist ve fizyolog; "Galvani deneyi" adı verilen olayla tesadüfen karşılaştı ve bir tür hayvan elektriğinin varlığına dair yanlış bir hipotezden yola çıktığı için bunu doğru bir şekilde açıklayamadı. Ancak fizikçi Alessandro Volta bu olguyu anlayabildi ve buna dayanarak kullanışlı bir cihaz yaratmayı başardı.

Resim açık gibi görünüyor: bir anatomist kurbağaları kesti (bir anatomist başka ne yapabilir?), yanlışlıkla bacağın akımın etkisi altında seğirdiği gerçeğine rastladı ve hiçbir şey anlamadı - o bir fizikçi değil, şeylerin özünü nasıl anlayabilir? Bir fizikçi olan Volta, her şeyi dikkatlice tekrarladı, her şeyi doğru bir şekilde açıkladı ve hatta bunu pratikle doğruladı. Ve anatomistin ve doktorun ya inatçılıktan ya da düşüncesizliğinden dolayı kendi başına ısrar etmeye devam etmesi, onu tamamen kötü bir şekilde karakterize ediyor.

İnsanlığın neden bu doktoru bu kadar desteklediği ve onun adını iletim akımlarına, tüm bir fizik alanına, akımı ölçen bir cihaza ve metal kaplamaların elektrokimyasal biriktirilmesi gibi en önemli teknolojik sürece atadığı açık değildir. ve hatta Volta tarafından icat edilen mevcut kaynaklar. En ünlü fizikçilerden hiçbiri - ne Newton, ne Descartes, ne Leibniz, ne Huygens, ne de klasik fiziğin sevgilisi James Clerk Maxwell - bu kadar çok terimle ilişkilendirilmemiştir.

Ancak komik olan şey şu: Fiziksel olmayan alanlara gelince, Galvani ismiyle ilişkilendirilen terimler oldukça saygın ve istikrarlıdır: galvanoterapi, galvanik banyo, galvanotaksis. Eğer konu fizikle ilgiliyse, o zaman her galvanik terim için bir antigalvanik terim vardır: galvanometre değil, ampermetre; galvanik akım değil, iletim akımı; galvanik bir hücre değil, kimyasal bir akım kaynağıdır. Bir fizik ders kitabı ne kadar ortodoks olursa, içinde yalnızca Galvani'nin bilimsel değerlerinden değil, aynı zamanda galvanik terminolojiden de bahsetme olasılığı o kadar azalır. Sir Isaac Newton'un imparatorluğunun resmi yetkilileri ya da Goethe'nin deyimiyle "lonca adamları", Luigi Galvani'nin vatandaşlığını açıkça reddediyor, ancak birileri sürekli olarak bilim tapınağının duvarlarına onun adını yazıyor ve onun varlığını hatırlatıyor.

Şimdi de Gilbert'in çalışmasının yayınlanmasından neredeyse iki yüz yıl sonra yapılan araştırmalardan bahsedeceğiz. İtalyan anatomi ve tıp profesörü Luigi Galvani ve İtalyan fizik profesörü Alessandro Volta'nın isimleriyle ilişkilidirler.

Boulogne Üniversitesi'nin anatomi laboratuvarında Luigi Galvani, açıklaması tüm dünyadaki bilim adamlarını şok eden bir deney gerçekleştirdi. Kurbağalar bir laboratuvar masası üzerinde parçalara ayrıldı. Deneyin amacı, uzuvlarındaki çıplak sinirleri göstermek ve gözlemlemekti. Bu masanın üzerinde kıvılcımın yaratıldığı ve incelendiği elektrostatik bir makine vardı. Luigi Galvani'nin “Kas Hareketleri Sırasında Elektriksel Kuvvetler Üzerine” adlı çalışmasından şu ifadeleri aktaralım: “... Asistanlarımdan biri kazara çok hafif bir şekilde kurbağanın iç femoral sinirlerine bir nokta ile dokundu. Kurbağanın bacağı sert bir şekilde sarsıldı. ” Ve ayrıca: "... Bu, makinenin kapasitöründen bir kıvılcım çıkarıldığında mümkündür."

Bu olgu şu şekilde açıklanabilir. Kıvılcımın oluştuğu bölgedeki havanın atomları ve molekülleri değişen elektrik alanından etkilenir, bunun sonucunda elektrik yükü kazanırlar ve nötr olmaktan çıkarlar. Ortaya çıkan iyonlar ve elektrik yüklü moleküller, elektrostatik makineden belirli, nispeten kısa bir mesafeye yayılır, çünkü hareket ederken, hava molekülleriyle çarpışırken yüklerini kaybederler. Aynı zamanda, dünya yüzeyinden iyi yalıtılmış metal nesneler üzerinde birikebilirler ve toprağa iletken bir elektrik devresi oluştuğunda deşarj olurlar. Laboratuvarın zemini kuru ve ahşaptı. Galvani'nin çalıştığı odayı yerden iyi bir şekilde yalıttı. Yüklerin biriktiği nesne metal bir neşterdi. Neşterin kurbağanın sinirine hafif bir dokunuşu bile neşter üzerinde biriken statik elektriğin "boşalmasına" yol açarak bacağın herhangi bir mekanik hasar olmadan geri çekilmesine neden oldu. Elektrostatik indüksiyonun neden olduğu ikincil deşarj olayı o zamanlar zaten biliniyordu.

Deneycinin parlak yeteneği ve çok sayıda farklı çalışmanın yürütülmesi, Galvani'nin elektrik mühendisliğinin daha da gelişmesi için önemli olan başka bir olguyu keşfetmesine olanak sağladı. Atmosfer elektriğini incelemek için deneyler sürüyor. Galvani'nin kendisinden bir alıntı yapalım: "... Yoruldum... boşuna beklemekten... başladı... omuriliğe takılan bakır kancaları demir ızgaraya bastırmaya başladı - kurbağanın bacakları küçüldü." Açık havada değil, çalışan herhangi bir elektrostatik makinenin bulunmadığı kapalı mekanda gerçekleştirilen deneyin sonuçları, kurbağanın vücuduna dokunulduğunda kurbağa kasında, elektrostatik bir makinenin kıvılcımının neden olduğu kasılmaya benzer bir kasılma meydana geldiğini doğruladı. Aynı anda iki farklı metal nesneyle - bir tel ve bir bakır, gümüş veya demir levha. Galvani'den önce hiç kimse böyle bir fenomeni gözlemlememişti. Gözlemlerin sonuçlarına dayanarak cesur ve net bir sonuca varıyor. Başka bir elektrik kaynağı daha var, o da “hayvan” elektriğidir (terim “canlı dokunun elektriksel aktivitesi” terimine eşdeğerdir). Galvani, yaşayan kasın Leyden kavanozu gibi bir kapasitör olduğunu ve içinde pozitif elektriğin biriktiğini savundu. Kurbağanın siniri dahili bir "iletken" görevi görür. İki metal iletkenin bir kasa bağlanması, elektrostatik bir makineden çıkan kıvılcım gibi kasın kasılmasına neden olan bir elektrik akımının oluşmasına neden olur.

Galvani, yalnızca kurbağa kasları üzerinde kesin bir sonuç elde etmek için deneyler yaptı. Belki de bu, elektrik miktarını ölçmek için kurbağa bacağının "fizyolojik hazırlığını" kullanmayı önermesine olanak sağladı. Benzer bir fizyolojik göstergenin değerlendirilmesi için kullanılan elektrik miktarının bir ölçüsü, omurilikten geçen bir kancanın aynı anda dokunduğu metal bir plaka ile temas ettiğinde pençenin kaldırılması ve indirilmesi aktivitesiydi. kurbağanın ağırlığı ve birim zamanda pençeyi kaldırma sıklığı. Bir süredir böyle bir fizyolojik gösterge, önde gelen fizikçiler ve özellikle Georg Ohm tarafından bile kullanıldı.

Galvani'nin elektrofizyolojik deneyi, Alessandro Volta'nın ilk elektrokimyasal elektrik enerjisi kaynağını yaratmasına olanak tanıdı ve bu da elektrik mühendisliğinin gelişiminde yeni bir çağ açtı.

Alessandro Volta, Galvani'nin keşfini ilk takdir edenlerden biriydi. Galvani'nin deneylerini büyük bir dikkatle tekrarlıyor ve sonuçlarını doğrulayan birçok veri alıyor. Ancak Volta, "Hayvan Elektriği Üzerine" adlı ilk makalelerinde ve Dr. Boronio'ya yazdığı 3 Nisan 1792 tarihli bir mektupta, gözlemlenen olayları "hayvan" elektriği açısından yorumlayan Galvani'nin aksine, kimyasal ve fiziksel olayları vurguluyor. Volta, bu deneyler için birbirine benzemeyen metallerin (çinko, bakır, kurşun, gümüş, demir) kullanılmasının önemini ortaya koyuyor ve aralarına asitle ıslatılmış bir bez yerleştiriliyor.

Volta şöyle yazıyor: “Galvani'nin deneylerinde elektriğin kaynağı kurbağadır. Peki kurbağa ya da genel olarak herhangi bir hayvan nedir? Öncelikle bunlar sinirler ve kaslardır ve bunların içinde çeşitlidir. kimyasal bileşikler. Parçalanmış bir kurbağanın sinirleri ve kasları birbirine benzemeyen iki metale bağlanırsa, böyle bir devre kapatıldığında elektriksel bir etki ortaya çıkar. Son deneyimim ayrıca iki farklı metali (staniol (kurşun) ve gümüş) içeriyordu ve sıvının rolünü dilin tükürüğü oynuyordu. Devreyi bir bağlantı plakasıyla kapatarak, elektrik sıvısının bir yerden başka bir yere sürekli hareketi için koşullar yarattım. Peki aynı metal nesneleri suya ya da tükürük gibi bir sıvıya koyabilir miyim? "Hayvan" elektriğinin bununla ne alakası var?"

Volta tarafından yürütülen deneyler, nemli bir bezle veya asit çözeltisine batırılmış bir bezle temas ettiğinde elektriksel etkinin kaynağının farklı metallerden oluşan bir zincir olduğu sonucunu formüle etmemizi sağlar.

Volta, arkadaşı doktor Vasaghi'ye yazdığı mektuplardan birinde (yine doktorun elektriğe olan ilgisinin bir örneği) şunları yazdı: “Uzun süredir tüm hareketin, elektrik sıvısının temasıyla metallerden geldiğine ikna oldum. Buna dayanarak, tüm yeni elektrik olaylarını metallere atfetme ve "hayvan elektriği" yerine "metalik elektrik" ifadesini kullanma hakkına sahip olduğuna inanıyorum.

Volta'ya göre kurbağanın bacakları hassas bir elektroskoptur. Galvani ile Volta arasında ve takipçileri arasında tarihi bir tartışma ortaya çıktı - "hayvan" veya "metalik" elektrikle ilgili bir tartışma.

Galvani pes etmedi. Metali deneyden tamamen çıkardı ve hatta kurbağaları cam bıçaklarla parçalara ayırdı. Böyle bir deneyde bile, kurbağanın femoral sinirinin kasıyla temasının, metallerin katılımından çok daha küçük olmasına rağmen açıkça fark edilebilir bir kasılmaya yol açtığı ortaya çıktı. Bu, kardiyovasküler ve diğer bazı insan sistemlerine ilişkin modern elektrodiagnostiklerin dayandığı biyoelektrik fenomenin ilk kaydıydı.

Volta, keşfedilen olağandışı olayların doğasını çözmeye çalışıyor. Kendisi için şu problemi açıkça formüle ediyor: "Elektriğin ortaya çıkmasının nedeni nedir?" Her birinizin yaptığı gibi ben de kendime sordum. Düşünceler beni tek bir çözüme götürdü: iki farklı metalin temasından. Örneğin gümüş ve çinko, her iki metaldeki elektrik dengesi bozulur. Metallerin temas ettiği noktada pozitif elektrik gümüşten çinkoya yönlendirilir ve çinko üzerinde birikir, negatif elektrik ise gümüş üzerinde yoğunlaşır. elektriksel maddenin belirli bir yönde hareket etmesi, ara parçalar olmadan gümüş ve çinko plakaların üst üste yerleştirilmesi, yani çinko plakaların gümüş plakalarla temas halinde olması ve ardından bunların genel etkisinin sıfıra indirilmesi anlamına gelir. elektriksel etki veya özetlemek gerekirse, her bir çinko levha yalnızca bir gümüş levha ile temas ettirilmeli ve sırayla katlanmalıdır. en büyük sayı buhar. Bu, tam olarak her bir çinko plakanın üzerine ıslak bir bez parçası yerleştirilerek ve böylece onu bir sonraki çiftin gümüş plakasından ayırarak elde edilir." Volta'nın söylediklerinin çoğu, modern bilimsel fikirlerin ışığında bugün bile önemini yitirmiyor.

Ne yazık ki bu anlaşmazlık trajik bir şekilde kesintiye uğradı. Napolyon'un ordusu İtalya'yı işgal etti. Yeni hükümete bağlılık yemini etmeyi reddettiği için Galvani sandalyesini kaybetti, kovuldu ve kısa süre sonra öldü. Anlaşmazlığın ikinci katılımcısı Volta, her iki bilim adamının keşiflerinin tam olarak tanındığını görecek kadar yaşadı. Tarihsel bir tartışmada her ikisi de haklıydı. Biyolog Galvani, bilim tarihine biyoelektriğin kurucusu, fizikçi Volta ise elektrokimyasal akım kaynaklarının kurucusu olarak girdi.

Elektrik mühendisliği çağının habercisi Alessandro Volta

İlk elektrik akımı kaynağının 200. yıl dönümüne

Jan Schneiberg, D.Charlet

Alessandro Volta, artık söylendiği gibi, elektrik, elektrik mühendisliği ve telekomünikasyon tarihinde ikonik bir figürdü.

18. yüzyılın son çeyreğine gelindiğinde gizemli “elektrik kuvvetinin” özellikleri hakkında zaten çok şey biliniyordu. Elektrostatik sürtünme makineleri, elektrik yükleri üretmek üzere tasarlandı (Francis Gouxby, İngiltere), elektriksel iletkenlik olgusu keşfedildi (Stephen Gray, İngiltere) ve iki tür elektrik kavramı verildi - "cam" ve "reçine" - daha sonra " pozitif” ve “negatif” (Charles Dufay, Fransa). Elektrik yükleri için bir depolama cihazı oluşturuldu - "Leyden kavanozu" adı verilen ilk kapasitör (Ewald Kleist, Pomeranya ve Pieter van Mussenbroek, Hollanda), yıldırım bir güç kullanılarak "ehlileştirildi" (B. Franklin, ABD). paratoner (günlük sözlükte "paratoner") . Sonunda Elektrostatiğin Birinci Yasası oluşturuldu (Charles Coulomb, Fransa).

Ancak Volta'nın çığır açan keşfi - "temas elektriği" - daha önce elde edilen tüm sonuçları özetliyor gibi görünüyordu ve elektriğin doğası ve olanakları konusunda yeni, daha derinlemesine araştırmalara güçlü bir ivme kazandırdı. pratik uygulama.

Alessandro Volta, 18 Şubat 1745'te kuzey İtalya'daki küçük Como kasabası yakınlarındaki atalarının aile mülkünde doğdu. Aristokrat bir aileden geliyor, annesi Düşes Maddalena Inzai'ydi. Alessandro, ilk yıllarında fiziksel ve zihinsel gelişimde gecikme yaşadı; ancak dört yaşında konuşmaya başladı. Daha sonra gelişimi çok hızlı ilerledi. Kendisi için belirlenmiş bir din adamı kariyerinin aksine, fiziksel deneylere ilgi duymaya başladı ve daha 18 yaşındayken, zamanın en önde gelen elektrik fizikçilerinden biri olan, muhteşem halk gösterilerinin göstericilerinden biriyle yazıştı. elektrik deneyleri Başrahip Jean Nollet.

Alessandro Volta

1774'ten 1779'a Volta, Como Kraliyet Okulu'nda fizik öğretmenidir. 26 yaşında ilk albümünü çıkardı bilimsel çalışma"Elektriği heyecanlandırma ve makinelerin tasarımını iyileştirme yöntemlerine ilişkin ampirik çalışmalar." İlk ciddi buluşunu 1772'de yaptı. Bu, ipliklere asılı mantar veya mürver topları bulunan önceki elektroskoplardan çok daha fazla hassasiyete sahip olan, birbirinden ayrılan çubuklara sahip (elektroskobu bir kapasitöre bağlayan) yoğunlaştırıcı elektroskoptu. Cihaz metrik özelliklere sahipti, çünkü pipetlerin 30°'ye kadar bir açıyla saptırılmasının elektroskopun yüküyle orantılı olduğu ortaya çıktı. Elektroskop uzun yıllar boyunca Volta'nın ve diğer araştırmacıların kullandığı ana ölçüm aracıydı.

Volta otuz yaşındayken ünlü oldu. Reçine elektroforunu ya da mucidin kendisinin deyimiyle "kalıcı elektrik taşıyıcısı" anlamına gelen "elettrophoro perpetuo"yu icat etti. Elektroforik makinede indüksiyon yoluyla elektriklenme olgusu kullanılırken, kullanılan elektrostatik makinelerde sürtünmeyle elektrik üretildi. Cihaz son derece basit ve aynı zamanda son derece orijinaldir. İki metal diskten oluşur. Biri, diyelim ki alttaki, bir reçine tabakasıyla kaplı. Eliniz, deri eldiveniniz veya kürkünüzle ovaladığınızda disk negatif elektrikle yüklenir. Üstteki diski ona getirirseniz, ikincisi Şekil 2'de gösterildiği gibi şarj olacaktır. 1 a. Bağlanmamış elektrik, en azından deneycinin parmağıyla toprağa yönlendirildiğinde (Şekil 1b), üst disk pozitif olarak yüklenecektir. Onu kaldırabilir ve içindeki yükü çıkarabilirsiniz (Şek. 1 c). Üst diski indirme ve kaldırma döngüsünü birçok kez tekrarlayarak şarjı aynı sayıda artırabilirsiniz.

Pirinç. 1. Volta'nın elektroforunun çalışmasını açıklayan diyagram

Volta, elektroforunun "şarj edildikten üç gün sonra bile çalışmaya devam ettiğini" belirtti. Ve ayrıca: “Makinem her türlü hava koşulunda elektrik elde edilmesini mümkün kılıyor ve en iyi disk ve toptan daha mükemmel bir etki yaratıyor. (elektrostatik - yazarın notu) Yani, bir elektrofor, güçlü statik elektrik deşarjları elde etmeyi mümkün kılan bir cihazdır. Ondan çıkarılan Volta, "on veya on iki parmak kalınlığında ve hatta daha fazlasını kıvılcım çıkarır..." Volta'nın elektroforu, makinelerin yapımının temelini oluşturdu. "elektroforlar" olarak adlandırılan bütün bir indüksiyon sınıfı, arabalar.

Polemik yorum. Bazı fizik ve elektrik mühendisliği tarihçileri, Volta'nın elektroforu icat etmediğine, yalnızca St. Petersburg akademisyeni Franz Epinus tarafından daha önce icat edilen bir cihazı geliştirdiğine inanıyor. Nitekim 1758'de Epinus, elektrostatik indüksiyon yöntemiyle "elektriği etki yoluyla" iletme teorisini önerdi, yani modern terminolojide bir yöntem icat etti. Bu olasılığı kanıtlayan ilk cihazı da o yaptı. İçine kalıplanmış bir elektrikli kükürt kütlesinin yerleştirildiği ve daha sonra çıkarıldığı metal bir kaptan oluşuyordu. Hem bardağın hem de kükürtün elektrik yüklü olduğu ortaya çıktı.

Ancak Epinus laboratuvar gösteriminin ötesine geçemedi ve icat ettiği cihaz pratik uygulama alamadı. Volta, Epinus tarafından icat edilen yönteme dayanarak, patent yasasının tüm kanonlarına göre bir buluş olarak kabul edilen prototiple karşılaştırıldığında yeni bir teknik etki sağlayan orijinal bir elektrofor icat etti. Bu teknoloji tarihi için tipik bir durumdur. Yöntem bir kez icat edildiğinde, ilkesinin çeşitli cihazlar yaratmak, yani icat etmek için kullanılmasını mümkün kıldı. Örneğin, P. Schilling bir elektromanyetik telgraf yöntemi ve bunun uygulanması için ilk cihazı icat etti. Daha sonra aynı prensibe göre C. Wheatstone ve W. Cook işaretli telgrafı, Morse da matbaa telgrafını icat etti. Hepsi haklı olarak mucit olarak kabul ediliyor.

Volta, Apinus'un elektrofor fikrini hayata geçirdiğini ancak tam bir cihaz oluşturmadığını itiraf etti.

1776'da Volta, metan gazının elektrik kıvılcımından patladığı bir gaz tabancası olan "Volta tabancası" icat etti.

1779 yılında Volta, 36 yıl çalıştığı Pavia şehrinde bin yıllık geçmişi olan üniversitenin fizik kürsüsüne davet edildi.

İlerici ve cesur bir profesör, Latince ve öğrencilere İtalyanca yazılmış kitaplardan ders verir.

Volta çok seyahat ediyor: Brüksel, Amsterdam, Paris, Londra, Berlin. Her şehirde bilim adamlarının toplantıları onu selamlıyor, onu onurla kutluyor ve ona altın madalyalar takdim ediyor. Ancak Volta'nın "en güzel saati" hâlâ önümüzde; yirmi yıldan fazla bir süre sonra gelecek. Bu arada on beş yıl boyunca elektrik araştırmalarından uzaklaşır, profesör olarak ölçülü bir hayat yaşar ve ilgisini çeken çeşitli şeylerle meşgul olur. Kırk yaşın üzerinde Volta, kendisine üç oğul veren soylu Teresa Pellegrina ile evlendi.

Ve şimdi - bir sansasyon! Profesör, Galvani'nin yakın zamanda yayınlanan "Kas Hareketinde Elektriksel Kuvvetler Üzerine" adlı incelemesine rastlıyor. Volta'nın konumunun dönüşümü ilginç. İlk başta incelemeyi şüpheyle algılıyor. Sonra Galvani'nin deneylerini tekrarladı ve 3 Nisan 1792'de ikincisine şunu yazdı: "... görgü tanığı olduğumdan ve bu mucizeleri gözlemlediğimden beri, belki de güvensizlikten fanatizme geçtim."

Ancak bu durum uzun sürmedi. 5 Mayıs 1792'de üniversite dersinde Galvani'nin deneylerini övüyor, ancak 14 Mayıs'taki bir sonraki ders, kurbağanın büyük olasılıkla yalnızca elektriğin bir göstergesi olduğu fikrini ifade ederek polemikli bir şekilde gerçekleştiriliyor, " Altın yapraklı en hassas elektrometreden bile onlarca kat daha hassas bir elektrometre."

Çok geçmeden fizikçinin keskin gözü, fizyolog Galvani'nin dikkatini çekmeyen bir şeyi fark eder: Kurbağanın bacaklarının titremesi, yalnızca iki farklı metalden yapılmış tellere dokunulduğunda gözlemlenir. Volta, kasların elektrik üretimine katılmadığını ve kasılmalarının sinirin uyarılmasından kaynaklanan ikincil bir etki olduğunu öne sürüyor. Bunu kanıtlamak için, dilin ucuna teneke veya kurşun bir levha sürüldüğünde dil üzerinde ekşi bir tat algılandığı ve dilin ortasına veya yanağına gümüş veya altın bir para sürüldüğünde meşhur bir deney yapar ve bu deneyi yapar. plaka ve madeni para bir tel ile birbirine bağlanır. İki pil temas noktasını aynı anda yaladığımızda benzer bir tat hissederiz. Ekşi tat, metal nesnelerin dile değdirilmesi durumunda “alkali” bir tada dönüşür, yani acı bir tat verir.

Haziran 1792'de, Volta, Galvani'nin deneylerini tekrarlamaya başladıktan sadece üç ay sonra artık hiçbir şüphesi kalmamıştı: "Dolayısıyla, metaller yalnızca mükemmel iletkenler değil, aynı zamanda elektrik motorlarıdır; yalnızca elektrikten geçen en kolay yolu sağlamakla kalmazlar;

sıvı, ... ama kendileri de bu sıvıyı alıp vererek aynı dengesizliğe neden oluyorlar, tıpkı idioelektrikleri ovalarken olduğu gibi" (Volta'nın zamanında sürtünmeyle elektriklenen bedenlere böyle diyorlardı - yazarın notu).

Böylece Volta, temas gerilimi yasasını oluşturdu: iki farklı metal, her ikisi arasında bir "denge dengesizliğine" neden olur (modern anlamda potansiyel bir fark yaratırlar), ardından bu şekilde elde edilen elektriğe "hayvan" değil, "demeyi önerdi. metalik”. Bu onun gerçekten harika bir yaratıma doğru olan yedi yıllık yolculuğuna başladı.

Temas potansiyeli farklarının (CPD) ölçülmesine ilişkin ilk benzersiz deney serisi, elemanların şu sırayla düzenlendiği ünlü "Volta serisinin" derlenmesiyle sonuçlandı: çinko, kalay folyo, kurşun, kalay, demir, bronz, bakır, platin, altın, gümüş, cıva, grafit (Volta yanlışlıkla grafiti metal olarak sınıflandırdı - yazarın notu).

Serinin sonraki üyelerinden herhangi biriyle temasa geçen her biri pozitif bir yük alır ve bu sonraki üye negatif bir yük alır. Örneğin demir (+) / bakır (-); çinko (+) / gümüş (-), vb. Volta, iki metalin temasıyla oluşturulan kuvvete elektro-uyarıcı veya elektromotor kuvveti adını verdi. Bu kuvvet elektriği hareket ettirerek metaller arasında bir voltaj farkı oluşmasını sağlar. Volta ayrıca metaller birbirinden uzaklaştıkça voltaj farkının daha büyük olacağını tespit etti. Örneğin demir/bakır - 2, kurşun/kalay - 1, çinko/gümüş - 12.

1796-1797'de Önemli bir yasa ortaya çıktı: Bir serinin iki terimi arasındaki potansiyel fark, tüm ara terimlerin potansiyel farklarının toplamına eşittir:

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

Aslında 12 = 1 + 2 + 3 + 1 + 5.

Ayrıca deneyler, gerilim farklılıklarının “kapalı seride” oluşmadığını göstermiştir: A/B + B/C + C/D + D/A = 0. Bu, birkaç tamamen metalik temas yoluyla, yalnızca iki metalin doğrudan temasıyla elde edilenden daha yüksek voltajlara ulaşmanın imkansız olduğu anlamına geliyordu.

Modern bir bakış açısına göre Volta'nın önerdiği temas elektriği teorisi hatalıydı. Başka herhangi bir enerji harcamadan galvanik akım şeklinde sürekli enerji elde etme olanağına güveniyordu.

Yine de 1799'un sonunda Volta istediğini elde etmeyi başardı. İlk olarak iki metal temas ettiğinde birinin diğerine göre daha fazla strese maruz kaldığını tespit etti. Örneğin, bakır ve çinko plakaları bağlarken, bakır plakanın potansiyeli 1'dir ve çinko plakanın potansiyeli 12'dir. Daha sonra yapılan çok sayıda deney, Volta'nın sürekli bir elektrik akımının yalnızca kapalı bir devreden oluşan bir devrede ortaya çıkabileceği sonucuna varmasına neden oldu. çeşitli iletkenlerin - metaller (birinci sınıf iletkenler olarak adlandırdığı) ve sıvılar (ikinci sınıf iletkenler olarak adlandırdığı).

Böylece Volta, tam olarak farkına varmadan, eylemi kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesine dayanan bir elektrokimyasal elementin yaratılmasına geldi.

Pirinç. 2. Volta'nın Banks'e yazdığı bir mektupta tasvir ettiği galvanik hücre türleri: üstte - bir fincan pil, altta - "voltaik sütunların" çeşitleri.

Volta, aynı yönlendirilmiş ve ıslak kumaş ayırıcılarla ayrılmış, aynı metal temas çiftlerinden oluşan dairelerden oluşan bir sütun yerleştirerek önemli voltajlar elde etmeyi başardı. Volta, bardak pili örneğini kullanarak bunun özünü bizzat açıklamıştır (yukarıdaki Şekil 2). Sol kapta bir bakır plaka vardır, potansiyeli 1'dir. Sonraki üç kapta sol plakalar çinko, sağ plakalar bakırdır; son bardakta - çinko; bir kaptaki her bir çinko, bir sonraki kaptaki bakıra metal bir yay ile bağlanır. İlk çinko levhanın potansiyeli 12'dir. Volta, bir sıvıyla ayrılan iki metal levhanın aynı potansiyeli elde ettiğini varsaydı. Sonuç olarak ikinci bakırın potansiyeli de 12, ikinci çinkonun potansiyeli ise 12 + 11 = 23 olacaktır; üçüncü çinko 12 + 2 * 11 = = 34; dördüncü 12 + 3 * 11 = 45 vb. Örneğin 10. çinko 12 + 9 * 11 = 111 potansiyelini elde edecektir.

Volta, keşfini 20 Mart 1800'de Londra Kraliyet Cemiyeti Başkanı Joseph Banks'e yazdığı bir mektupta bildirdi. "Basit iletken maddelerin basit temasıyla uyarılan elektrik hakkında" mesajında ​​şöyle yazıyor: "... Ben... elde ettiğim bazı şaşırtıcı sonuçları bildirmekten mutluluk duyuyorum. Bu sonuçlardan en önemlisi... sürekli çalışan, yok edilemez bir yük oluşturan, elektrik sıvısına sürekli bir darbe veren bir cihazın yaratılması." Ve ayrıca: “Söz ettiğim mermi - ve bu sizi şaşırtacak - ... yirmi, kırk veya altmış bakır daire veya hatta çeşitli türlerde iyi iletkenlerin bir araya gelmesinden başka bir şey değil. daha iyisi, gümüş, her biri kalay veya daha iyisi çinkodan bir daire ile katlanmış ve aynı sayıda su katmanı veya sudan daha iyi iletken olan başka bir sıvı, örneğin tuzlu su çözeltisi, sodalı su vb. veya karton, deri parçaları vb. bu sıvıları iyice nemlendirdi ve bu katmanlar her bir çiftin birbirine benzemeyen metalleri arasında yer alıyor. Yeni enstrümanımı oluşturan tek şey bu." Volta başlangıçta cihazını, mermisini veya aletini "yapay elektrik organı" olarak adlandırmayı önerdi, ardından onu "elektromotor sütun" olarak yeniden adlandırdı. Daha sonra Fransızlar bu cihaza "galvanik sütun" veya "voltaik sütun" adını vermeye başladı.

Volta, “kapasitans”, “devre”, “elektromotor kuvvet”, “gerilim farkı” kavramlarını tanıtmaktan sorumluydu.

Mucidin şerefi ve şöhreti geldi. Fransa'da onun onuruna bir madalya basılıyor ve Direktuvar'ın ilk konsolosu General Bonaparte, elektrik alanında "parlak kaşifler" için 200.000 franklık bir fon oluşturuyor ve sütunun yazarına birincilik ödülünü veriyor. Volta, Legion of Honor, Demir Haç şövalyesi olur, senatör ve kont unvanını alır, Paris ve St. Petersburg Bilim Akademileri'ne üye olur ve kendisine Coplay ödülü veren Londra Kraliyet Cemiyeti'nin üyesi olur. Altın madalya.

"Voltaik sütunun" yaratılması elektrik biliminde devrim niteliğinde bir olaydı, modern elektrik mühendisliğinin ortaya çıkışının temelini hazırladı ve tüm insan uygarlığı tarihi üzerinde büyük bir etkisi oldu. Volta'nın çağdaşı Fransız akademisyen D. Arago'nun, Volta sütununu "... teleskop ve buhar makinesi hariç, insanlar tarafından şimdiye kadar yaratılmış en dikkat çekici cihaz" olarak görmesi şaşırtıcı değil.

19. yüzyılın ilk üçte birinde, "Volta Sütunu", büyük bilim adamları - V. Petrov, X. Davy, A.-M. tarafından deneyleri ve keşifleri için başarıyla kullanılan tek elektrik akımı kaynağı olarak kaldı. Ampere, M. Faraday.

Bunlar arasında “voltaik sütunu” geliştiren ilk kişi, St. Petersburg Tıp-Cerrahi Akademisi'nde fizik profesörü Vasily Petrov'du. Daha güçlü bir bataryadan daha yoğun akım elde edilebileceğine dikkat çekti. 1802'de "devasa pil" adını verdiği benzersiz bir yüksek voltajlı akım kaynağı (yaklaşık 1700 V) yarattı. Bu pil 2100 bakır-çinko hücresinden oluşuyordu (o dönemde Avrupa'da bulunan pillerde 15-20 element vardı). V. Petrov, 1803 yılında yayınlanan “Galvani-Volta Deneyleri Haberleri” adlı makalesinde, keşfettiği elektrik arkı olgusunu anlatmış ve “güneş ışığına veya aleve benzeyen parlak ışığıyla karanlık bir odanın aydınlatılabileceğini” belirtmiştir. oldukça net bir şekilde aydınlatılmış.” Bu, iki yönün başlangıcını işaret ediyordu: metallerin elektrikle eritilmesi, cevherlerden geri kazanılması ve elektrik ark lambalarının yaratılması.

Volta görecek kadar yaşadığı için şanslıydı en önemli keşifler, buluşunu kullanarak yaptı: bu, akımın manyetik bir iğne üzerindeki etkisi, iletkenlerin akım ve mıknatısla karşılıklı dönüşü (bir elektrik motorunun prototipi), Ampere'nin elektrodinamiğin temellerini geliştirmesidir. 1819'da Volta profesörlükten ayrıldı.

1827 yılında 82 yaşındayken memleketinde öldü.

Volta hakkındaki efsaneler yaşamı boyunca dolaşıyordu. "Temas elektriği" teorisini kanıtlamak için 1794 yılında "Islak Dörtlü" deneyini gerçekleştirdi. Elleri ıslak dört adam daire şeklinde duruyordu. Sonra birincisi sağ eliyle çinko levhayı aldı, sol eliyle ikincisinin diline dokundu; ikincisi, parçalanmış kurbağayı bacaklarından tutan üçüncünün göz küresine dokundu ve dördüncüsü, sağ eliyle vücudunu yakaladı ve sol eliyle gümüş plakayı, birincisinin sağ eliyle tuttuğu çinko plakaya getirdi. el. Temas anında birincisi keskin bir şekilde ürperdi, ikincisi ağzındaki "limon" tadından irkildi, üçüncüsü gözlerinden kıvılcımlar çıktı, dördüncüsü hoş olmayan hisler hissetti ve kurbağa canlanmış ve titriyormuş gibi görünüyordu. Bu görüntü görgü tanıklarını şok etti.

Volta'nın bilimsel katkısı çağdaşları tarafından büyük beğeni topladı; Galileo'dan sonra İtalya'nın en büyük fizikçisi olarak kabul edildi. Volta'nın icadına dayanarak, 19. yüzyılın sonuna kadar yaklaşık iki yüz çeşit "Voltaik sütun" - elektrokimyasal akım kaynakları - önerildi.

Volta'nın anısı, 1881 yılında Paris'teki Uluslararası Elektrikçiler Kongresi'nde ölümsüzleştirildi ve burada en önemli elektrik birimlerinden biri olan gerilim birimine "volt" adı verildi.

“Voltaik sütunun” yaratılması elektrostatik çağını sona erdirdi ve elektrik mühendisliği çağının başlangıcını işaret etti.

Böylece 18. ve 19. yüzyılların başında bilim için elektrikten insanlık için, sanayi, günlük yaşam ve kültür için elektriğe geçiş yaşandı.

Edebiyat

1. Llozzi M. Fizik tarihi. Başına. İtalyanca'dan - M.: Mir, 1970.
2. Lebedev V. Tarihsel gelişimi içinde elektrik, manyetizma ve elektrik mühendisliği. - M.-L.: N.-t. NKTP SSCB Yayınevi, 1937.
3. Kartsev V. Büyük denklemlerin maceraları. - M.: Bilgi, 1978.
4. Dorfman Ya. G. Antik çağlardan 18. yüzyılın sonuna kadar dünya fizik tarihi. - M.: Nauka, 1974.
5. Samarin M. S. Volt, Amper, Ohm ve iletişim teknolojisindeki diğer fiziksel büyüklük birimleri. - M .: Radyo ve iletişim, 1988.
6. Rosenberg F. Fizik tarihi. Bölüm III, sayı. I. - M.-L.: N.-t. NKTP SSCB Yayınevi, 1935.
7. Veselovsky O.N., Shneyberg Ya. Elektrik mühendisliğinin tarihi üzerine yazılar. - M .: MPEI yayınevi, 1993.
8. Bilimsel biyografi sözlüğü. Cilt 14, 1976.