Доктор физико-математических наук В. ОЛЬШАНСКИЙ

ЗАГАДОЧНЫЙ ТРИУМФ

Вольта демонстрирует перед Наполеоном свое изобретение - Вольтов столб.

Луиджи Гальвани (1737-1798).

Лючия Галеацци, жена Гальвани.

В своих экспериментах Гальвани использовал электрофорную машину, подобную этой.

Гальвани с женой и помощником проводят эксперимент в домашней лаборатории. А. Муцци, 1862 год.

Лягушка, препарированная для опытов с электрофорной машиной и лейденской банкой. Рисунок из трактата Гальвани.

Схема опыта по изучению атмосферного электричества. Детектором служит лягушачья лапка, нерв которой соединен с громоотводом, а мышца соединена через проводник с водой в колодце. Рисунок из трактата Гальвани.

Алессандро Вольта (1745-1827).

Вольтов столб, состоящий из металлических дисков, разделенных кружками мокрой ткани.

В 1801 году в Париже произошло яркое событие, неоднократно описанное историками науки: в присутствии Наполеона Бонапарта состоялось представление работы "Искусственный электрический орган, имитирующий натуральный электрический орган угря или ската" с демонстрацией модели этого органа. Наполеон щедро наградил автора: в честь ученого была выбита медаль и учреждена премия в 80 000 экю. Все ведущие научные общества того времени, включая Петербургскую академию наук, изъявили желание видеть его в своих рядах, а лучшие университеты Европы были готовы предоставить ему свои кафедры. Позднее он получил титул графа и был назначен членом сената Королевства Италия. Имя этого человека хорошо известно и сегодня, а различные варианты искусственных электрических органов, имитирующих натуральные, выпускаются в миллиардных количествах. Речь идет об Алессандро Вольте и его изобретении - Вольтовом столбе, прообразе всех современных батарей и аккумуляторов. Какое отношение имеет Вольтов столб к электрическим органам рыб - об этом позже, а пока обратим внимание на то обстоятельство, что демонстрация проводилась с подчеркну той помпезностью и при большом стечении народа.

Вольтов столб предположительно давал напряжение 40-50 вольт и ток менее одного ампера. Что же именно должен был показать Вольта, чтобы поразить всеобщее воображение? Представьте, что не Вольта, а вы стоите перед Наполеоном с полным ящиком самых лучших батареек и хотите продемонстрировать с их помощью что-нибудь эффектное. Лампочек, моторчиков, плееров и прочая нет еще даже в идее. Грубо говоря, куда Вольта мог засунуть свои батарейки?

Электрофорная машина к тому времени давно известна, лейденская банка изобретена более чем за 50 лет до этого. Все связанное с искрами, треском, светящимися наэлектризованными шарами, одновременным подпрыгиванием от электрического удара большой группы людей уже не раз демонстрировалось и не вызвало даже малой доли таких почестей и наград. Почему же триумф выпал на долю Вольтова столба?

По-видимому, секрет успеха заключался в том, что Вольта повторил перед Наполеоном опыты по оживлению отрезанных членов с помощью малых количеств электричества. "Я делал их не только над лягушками, но и над угрями и над другими рыбами, над ящерицами, саламандрами, змеями и, что важнее, над мелкими теплокровными животными, именно над мышами и птицами", - писал ученый в 1792 году, в самом начале исследований, приведших в итоге к великому изобретению. Представьте себе разнообразные отрезанные части различных животных, лежащие совершенно недвижно, как и подобает отрезанным членам, из коих вытекла жизненная сила. Малейшее прикосновение Вольтова столба - и плоть оживает, трепещет, сокращается и содрогается. Были ли в истории науки опыты, более потрясающие воображение?

Но все знают, что идея этих опытов принадлежит отнюдь не Вольте, а Луиджи Гальвани. Почему же он не был осыпан почестями в первую очередь или по меньшей мере рядом с Вольтой? Причина отнюдь не в том, что Гальвани к тому времени уже скончался, - будь он жив, наполеоновская награда, скорее всего, досталась бы Вольте. Да и не в Наполеоне дело - в последующие годы не он один возвышал Вольту и принижал Гальвани. И на то были свои резоны.

УПРЯМЫЙ "ЛЯГУШАТНИК"

Из учебников физики о Луиджи (или, в латинизированной форме, Алоизии) Гальвани известно примерно следующее: итальянский врач, анатом и физиолог конца XVIII века; на явление, получившее название "опыт Гальвани", он наткнулся случайно и не смог правильно объяснить, поскольку исходил из ложной гипотезы о существовании некоего животного электричества. А вот разобраться в явлении и создать полезное устройство на его основе смог физик Алессандро Вольта.

Казалось бы, картина ясная: анатом резал лягушек (а что еще умеет делать анатом?), случайно наткнулся на то, что лапка дергается под действием тока, и ничего не понял - не физик, куда ему понимать суть вещей. Вольта, физик, все тщательно повторил, все правильно объяснил и даже подтвердил практикой. А то, что анатом и врач то ли из упрямства, то ли по недомыслию продолжал настаивать на своем, окончательно плохо его характеризует.

Непонятно, почему человечество оказалось столь благосклонным к этому врачу, что присвоило его имя и токам проводимости, и целой области физики, и прибору для измерения тока, и важнейшему технологическому процессу электрохимического нанесения металлических покрытий, и даже изобретенным Вольтой источникам тока. Ни с одним из самых известных физиков - ни с Ньютоном, ни с Декартом, ни с Лейбницем, ни с Гюйгенсом, ни с любимцем классической физики Джеймсом Клерком Максвеллом - не связано такое количество терминов.

Но вот что забавно: когда речь идет об областях не физических, термины, связанные с именем Гальвани, вполне респектабельны и устойчивы: гальванотерапия, гальваническая ванна, гальванотаксис. Если же дело касается физики, то на всякий гальванический термин есть термин антигальванический: не гальванометр, а амперметр; не гальванический ток, а ток проводимости; не гальванический элемент, а химический источник тока. Чем ортодоксальнее учебник физики, тем меньше вероятность встретить в нем не только какое-либо упоминание научных заслуг Гальвани, но и гальваническую терминологию. Официальные власти империи сэра Исаака Ньютона, или "цеховики", как называл их Гёте, явно отказывают в гражданстве Луиджи Гальвани, но кто-то постоянно пишет на стенах храма науки его имя и напоминает о его существовании.

Вольта и Гальвани

В 1801 году в Париже произошло яркое событие, неоднократно описанное историками науки: в присутствии Наполеона Бонапарта состоялось представление работы Алессандро Вольты «Искусственный электрический орган, имитирующий натуральный электрический орган угря или ската» с демонстрацией модели этого органа. Наполеон щедро наградил автора: в честь ученого была выбита медаль и учреждена премия в 80 000 экю. А однажды Наполеон, увидев в библиотеке Французской академии лавровый венок с надписью «Великому Вольтеру», стер последние буквы таким образом, чтобы получилось: «Великому Вольте»… Все ведущие научные общества того времени, включая Петербургскую академию наук, изъявили желание видеть Вольту в своих рядах, а лучшие университеты Европы были готовы предоставить ему свои кафедры.

Изобретение Вольты, которое он скромно предлагал назвать «искусственным электрическим органом», а современники единодушно окрестили «вольтовым столбом», - прообраз всех современных батарей и аккумуляторов. Современник Вольты французский ученый Араго считал «вольтов столб» «самым замечательным прибором, когда-либо изобретенным людьми, не исключая телескопа и паровой машины».

Путь, который привел Вольта к созданию его изобретения, начинается со знаменитых опытов Луиджи Гальвани, который открыл иную возможность получения электричества, нежели с помощью электризации трением. Почему же он не был осыпан почестями в первую очередь или по меньшей мере рядом с Вольтой? Причина отнюдь не в том, что Гальвани к тому времени уже скончался, - будь он жив, наполеоновская награда, скорее всего, все равно досталась бы Вольте. Да и не в Наполеоне дело - в последующие годы не он один возвышал Вольту. И на то были свои резоны. Это долгая и интересная история. Расскажем ее вкратце.

Известность Гальвани принесли опыты по изучению мышечного сокращения. В 1771 году он открыл феномен сокращения мышц препарированной лягушки под действием электрического тока, о чем мы сказали в первой главе. А вот как это произошло в описании, приведенном в книге К. Фламмариона: «Все, конечно, помнят знаменитый бульон из лягушек, приготовленный для г-жи Гальвани в 1791 году. Гальвани женился на хорошенькой дочери своего бывшего профессора Лючии Галеоцци и нежно любил ее. Она заболела чахоткой и умирала в Болонье. Врач предписал ей питательный бульон из лягушек, кушанье очень вкусное, надо заметить. Гальвани непременно пожелал приготовить его собственноручно. Сидя на своем балконе, он очистил несколько штук лягушек и развесил их нижние конечности, отделенные от туловища, на железную решетку балкона при помощи медных крючков, употреблявшихся им при опытах. Вдруг он заметил с немалым удивлением, что лапки лягушек конвульсивно содрогаются каждый раз, когда случайно прикасаются к железу балкона. Гальвани, бывший в то время профессором физики в Болонском университете, подметил это явление с редкой сметливостью и вскоре открыл все условия для его воспроизведения.

Если взять задние лапки со снятой кожей, можно заметить чресленные нервы. Обернув обнаженные нервы лапок в жесть и поставив сами лапки на медную полосу, надо привести жестяную пластину в соприкосновение с медной. В результате мускулы лапок сократятся и пластинка, в которую они упираются, опрокидывается с порядочной силой» . Но мы-то уже знаем, кто, скорее всего, подметил сокращение лапок лягушки. Впрочем, в любом случае следует заметить, что наблюдения болонского физика были встречены хохотом и только несколько серьезных ученых оказали им должное внимание. Бедный ученый сильно огорчился. «На меня нападают, - писал он в 1792 году, - две совершенно различные секты: ученые и невежды. И те и другие смеются надо мной и называют лягушачьим танцмейстером. А между тем я убежден, что открыл одну из сил природы» .

Однако возникновение тока еще оставалось тайной. Где же появляется ток - только в тканях тела лягушки, только в разнородных металлах или же в комбинации металлов и тканей? К сожалению, Гальвани пришел к заключению, что ток возникает исключительно в тканях тела лягушки. В результате его современникам понятие «животного электричества» стало казаться гораздо более реальным, чем электричества какого-либо другого происхождения. Широкими мазками набрасывает он картину возможных методов электромедицины и, главное, роли электричества в функционировании живого. Результаты наблюдений и теорию «животного электричества» он изложил в 1791 году в работе «Трактат о силах электричества при мышечном движении» (De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius).

Открытие Гальвани произвело сенсацию. Появление «Трактата» вызвало огромный интерес в самых разных странах. Уже в следующем году выходит его второе издание. Гальвани на короткое время становится знаменит. По всей Европе поднялась волна экспериментов, наладивших прямую связь между биологическими лабораториями, мясными лавками, гильотинами и кладбищами. С электродом в руке Вольта заставлял шевелиться отрубленный бараний язык и петь обезглавленных кузнечиков. Дзанетти в течение двух часов наблюдал за сокращением каждого из кусков змеи, разрубленной натрое. А что случится, думали они, если пропустить ток через труп человека? Племянник Гальвани - Джованни Альдини отправился в поездку по Европе, во время которой он предлагал публике тошнотворное зрелище. Его самая выдающаяся демонстрация произошла 17 января 1803 года, когда он подсоединял полюса 120-вольтного аккумулятора к телу казненного убийцы Джорджа Форстера. Когда Альдини помещал провода на рот и ухо, мышцы лица начинали подергиваться и появлялась гримаса боли. Левый глаз открывался, как будто хотел посмотреть на своего мучителя. Показ торжественно завершался тем, что Альдини подсоединял один провод к уху, а другой засовывал в прямую кишку. Труп пускался в омерзительный пляс. Газета «London Times» писала: «Несведущей части публики могло показаться, что несчастный вот-вот оживет».

Бесчисленное количество людей стали проделывать опыты по методике Гальвани. Вот что писали об этом в одной из старых энциклопедий: «В течение целых тысячелетий хладнокровное племя лягушек беззаботно совершало свой жизненный путь, как наметила его природа, свободно росло и наслаждалось земными благами, зная одного только врага, господина аиста, да еще, пожалуй, терпя урон от гурманов, которые требовали для себя жертвы в виде пары лягушачьих лапок со всего несметного рода. Но в исходе позапрошлого столетия наступил злосчастный век для лягушек. Злой рок воцарился над ними, и вряд ли когда-либо лягушки от него освободятся. Затравлены, схвачены, замучены, скальпированы, убиты, обезглавлены, но и со смертью не пришел конец их бедствиям. Лягушка стала физическим прибором, отдала себя в распоряжение науки. Срежут ей голову, сдерут с нее кожу, расправят мускулы и проткнут спину проволокой, а она все же не смеет уйти к месту вечного упокоения; повинуясь приказанию физиков или физиологов, нервы ее придут в раздражение и мускулы будут сокращаться, пока не высохнет последняя капля „живой воды“» .

Вполне естественно, что физиолог Гальвани пришел к выводу о существовании «животного электричества». Вся обстановка опытов толкала к этому. Он был убежден, что им разгадана причина мышечных сокращений, которая для всех естествоиспытателей доныне оставалась «погребенной в глубокой тьме». Понять, почему лапки мертвых лягушек дергаются, Гальвани не было суждено. Это сделал соотечественник Гальвани, который одним из первых пустился по его горячим следам. Это был Алессандро Вольта. Он был на восемь лет моложе Гальвани, но последний в своем трактате называет его знаменитейшим и изготовляет приборы, следуя опубликованным рекомендациям Вольты. Вольта происходил из более знатной семьи, чем Гальвани, получил прекрасное образование, был лично знаком со многими авторитетными физиками Европы, состоял в переписке с английским Королевским обществом и, будучи принятым в его ряды, явно хотел быть в нем заметным. В отличие от Гальвани он легко шел на контакт с новой пронаполеоновской властью Италии, отрешившей Гальвани в последние годы его жизни от кафедры.

Вольта познакомился с работой Гальвани, и вот его первая реакция на трактат: «Я должен, однако, признаться, что я приступил к первым опытам с недоверием и без больших надежд на успех: настолько поразительными казались мне описанные явления, которые если и не противоречили, то слишком превосходили все то, что до сих пор было известно об электричестве, такими чудесными они мне казались. За это мое недоверие и как бы упорное предубеждение, которого я не стыжусь, я прошу прощения у автора открытия и считаю теперь своей славной обязанностью в такой же мере почтить его после того, как я видел и трогал рукой то, чему столь трудно было поверить до того, как потрогать и увидеть. Однако после того, как я сам стал очевидцем и творцом всех этих чудес, я наконец обратился и перешел от недоверия, может быть, к фанатизму» . В это время (1792 год) Вольта был уже известным физиком, профессором университета в Павии, членом лондонского Королевского общества. К этому времени он изобрел новый чувствительный электроскоп, электрический конденсатор и ряд других приборов. Он тоже производил опыты с препарированной лягушкой и наблюдал те же эффекты, что и Гальвани.

Эти опыты полностью подтвердили результаты Гальвани, но Вольта задался целью внести меру в эту новую область науки, то есть провести количественное изучение «животного электричества», измерить электрометрами его величину и величину заряда, необходимого для вызова сокращения мышцы. «Ведь никогда нельзя сделать ничего ценного, если не сводить явлений к градусам и измерениям, особенно в физике», - писал он. Вольта тщательно анализирует опыты и приходит к выводу, что электрический ток в опытах Гальвани вызывает не непосредственно сокращение мышцы, а лишь возбуждение нерва, который далее неизвестным образом действует на мышцу. И кроме того, на основании множества опытов Вольта приходит к убеждению, что обкладки из двух разных металлов являются не простыми проводниками, а «настоящими возбудителями и двигателями электрического флюида» .

Первые опыты Вольты очень просты. Он брал две монеты из разных металлов и одну из них клал на язык, а другую - под него; при соединении их проволокой ощущался кислый вкус - такой же, как при «пробовании на язык» проводов от известных в то время источников электричества. Если Гальвани считал, что ткани организма лягушки, которую он препарировал, касаясь их разнородными металлами, являются источником электричества, то Вольта убедился в том, что эти ткани - индикатор электричества, возникающего при контакте разнородных металлов. Так была открыта контактная разность потенциалов.

Вольта доказал, что именно ток, вырабатываемый при контакте двух различных металлов, вызывает сокращение мышц в лягушачьих лапках. Этим он опроверг предположение Гальвани о том, что электричество вырабатывается в мышцах. Для того чтобы доказать свою точку зрения, он наполнил соляным раствором две чаши и соединил их металлическими дугами. Один конец этих дуг был медный, а другой цинковый. Они были установлены так, что в каждой чаше было по одному электроду каждого типа. Эта конструкция и стала первой батареей, вырабатывающей электричество за счет химического взаимодействия двух металлов в растворе. В 1800 году он усовершенствовал ее, создав свой знаменитый «вольтов столб», первый источник постоянного тока. Он представлял собой 20 пар кружочков, изготовленных из двух различных металлов, проложенных кусочками кожи или ткани, смоченными в соляном растворе.

Теперь можно ответить на вопрос - почему Гальвани не был осыпан почестями в первую очередь или по меньшей мере рядом с Вольтой? Причина отнюдь не в том, что Гальвани к тому времени уже скончался. Гальвани подошел к факту не как физик, а как физиолог, его заинтересовала способность мертвого препарата проявлять себя как живой материал (очень похоже на историю Майера и Джоуля, см. ниже), и он с величайшей тщательностью исследовал этот феномен, меняя самые разные параметры. Гальвани объяснил это явление существованием «животного электричества», благодаря которому мышцы заряжаются подобно лейденской банке. Понять, почему лапки мертвых лягушек дергаются, Гальвани не было суждено. Лишь великий Алессандро Вольта понял, что соединение разных металлических проводников (у Гальвани медная проволока была привязана к железному балкону) само по себе вызывает появление на их концах электрических зарядов. Если замкнуть концы через тело лягушки, образуется электрический ток, который является не кратковременным, как при «страшных опытах» Отто фон Герике, а длительным. То, что два разнородных металла могут быть источником электричества, - для Вольты и других физиков был шокирующий переворот в физических представлениях.

Спор между Гальвани и Вольтой, а также их последователями - это спор о «животном» и «металлическом» электричестве. Весь мир тогда разделился на два лагеря. Одни поддерживали Гальвани, а другие - Вольту. И трудно сказать сегодня, чем бы кончился этот спор, поскольку оба ученых были по-своему правы. Сегодня мы знаем, что в мускулах животных действительно возникает электричество. В то же время электричество может рождаться и без участия животных, из одних лишь разнородных металлов, которые заряжается в результате контакта. Да, Гальвани ошибался в своих взглядах на «животное» электричество, но его ошибки исправил Вольта. И все же Гальвани является основоположником учения об электричестве, его опыты положили начало новому научному направлению - электрофизиологии. Опыты Гальвани стоят в начале долгого пути исследований электрических токов в теле человека. Если, например, сокращается мышца, то в ней постепенно возникает и угасает электрическое напряжение, правда очень слабое и трудноуловимое. Впрочем, врачам и инженерам удалось создать аппарат, который благодаря разности этого электрического напряжения устанавливает, здорово ли сердце, или в нем есть какие-то пороки. Этот аппарат называется «электрокардиограф».

В истории науки имена Гальвани и Вольты стоят рядом. Но они не соратники, а оппоненты в знаменитом споре о животном электричестве. Гальвани, несмотря на ряд выдающихся физических открытий, не был признан как физик, да и вряд ли стремился к этому. Физиком же считается Вольта, повторивший опыты Гальвани и давший им иное толкование. Триумф «вольтова столба» обеспечил безоговорочную победу Вольты над Гальвани. Исключив жизнь - это сложнейшее явление природы - из науки об электричестве, придав физиологическим действиям лишь пассивную роль реагента, Вольта обеспечил быстрое и плодотворное развитие этой науки. Но вот что забавно: когда речь идет об областях не физических, термины, связанные с именем Гальвани, вполне приемлемы: гальванотерапия, гальваническая ванна, гальванотаксис. Если же дело касается физики, то на всякий гальванический термин есть термин антигальванический: не гальванометр, а амперметр; не гальванический ток, а ток проводимости; не гальванический элемент, а химический источник тока.

Луиджи Гальвани - исследователь биоэлектричества

Родился 9 сентября 1737 года в Болоньи (папская область), жил и умер там же в 4 декабря 1798, прожив полных 61 год. По роду деятельности он был врачом, физиком и философом, что в то время было вполне обыденным. Его латинское имя читается как Aloysius Galvani (Алоизий Гальвани).

Луиджи Гальвани был первым, кто начал исследовать биоэлектричество . В 1780 году Луиджи проводил эксперименты над телами мёртвых лягушек. Он пропустил через их мышцы электрической ток, и лапки дёрнулись, мышцы начали сокращаться. Это был первый шаг на пути изучения сигналов нервной системы.

Краткая биография

Луиджи Гальвани (1737-1798)

Родился от Доминико и его четвёртой жены Барбары Фоски. Родители Луиджи не были аристократами, но они имели достаточно средств, чтобы дать образование одному из детей. Луиджи Гальвани хотел получить церковное религиозное образование, в ту эпоху это было во многом престижно, и он 15 лет обучался в религиозном институте, а именно в молельне Padri Filippini (Oratorio dei Padri Filippini). В дальнейшем он собирался принять религиозные обеты, но его родители убедили его не делать этого и продолжить своё образование дальше. Примерно в 1755 году Луиджи поступил на факультет искусств университета Болоньи. Там же Луиджи прошёл медицинский курс в котором он изучил труды Гиппократа , Галена и Авиценны (Ибн Сина ). Кроме изучения трудов, Луиджи занимался медицинской практикой, в том числе хирургической. Это позволило ему в дальнейшем заняться изучением исследованием биоэлектричества .

В 1759 году, Луиджи Гальвани получил степень в медицине и философии, что давало ему право читать лекции в университете после защиты диссертации, которую он защитил в 21 июня 1761 года. Уже в 1762 году он стал почётным лектором по анатомии и хирургии. В этом же году он женился на Люсии Галеззи (Lucia Galeazzi) - дочери одного из профессоров университета. Луиджи переехал жить в дом профессора Галеззи (Galeazzi) и помогал ему в его исследованиях. После смерти своего тестя в 1775 году, Луиджи Гальвани был назначен преподавателем вместо умершего Галеззи.

В обязанность Гальвани как члена Академии наук с 1776 года входило регулярное проведение исследований в области практической анатомии человека. Он должен был публиковать как минимум одно исследование в год.

Эксперименты с лягушками

По прошествии нескольких лет, Луиджи Гальвани стал проявлять интерес к медицинскому использованию электричества. Эта сфера исследований появилась с середины 18-го века, после того, как было обнаружено действие электричества на организм человека.

Схема эксперимента Луиджи Гальвани с телом лягушки, примерно конец 1780-х

Существует легенда, согласно которой начало экспериментов с биоэлектричеством было положено со случая, произошедшего следующим образом.

Луиджи положил мёртвую лягушку на стол, чтобы экспериментировать с её кожей для выработки статического электричества . До этого на столе уже проводились опыты со статическим электричеством, и получилось так, что его ассистент (помощник) прикоснулся металлическим скальпелем на котором был электрический заряд к открытому седалищному нерву лягушки. Должно быть он собирался её препарировать. Но тут случилась неожиданное. Помощник увидел искры и нога мёртвой лягушки сократилась как при жизни.

Это наблюдение было первым шагом к тому, чтобы начать исследование биоэлектричества . Была обнаружена связь, между нервной деятельностью и электричеством, между биологической жизнью и электрическими сигналами. Стало очевидным, что мышечная деятельность осуществляется с помощью электричества, с помощью тока в электролитах. До этого в науке было принято считать, что мышечная активность происходит посредством некой субстанции называемой именем стихий воздуха и воды.

Гальвани ввёл термин - животное электричество (animal electricity) для описания той силы, которая активирует мышцы. Это явление в дальнейшем назвали гальванизм (galvanism ), но уже после Гальвани по предложению его современников.

На сегодняшний момент изучением гальванических эффектов биологии занимается такой раздел как электрофизиология. Название гальванизм больше используется в историческом контексте, чем в научном.

Гальвани против Вольта

Профессор экспериментальной физики Алессандро Вольта в университете Павии (Pavia) был первым учёным, который засомневался в правильности экспериментов Гальвани и продолжил исследования.

Его целью было выявить, действительно ли причиной сокращения мышц является биоэлектричество , или же оно происходит в следствие металлического контакта. Подразумевалось, что живые клетки не могут вырабатывать электричество, а значит тогда и нет никакого животного электричества.

Алессандро Вольта проверил свою гипотезу и выяснил, что действительно, живые клетки способны вырабатывать электричество, а значит биоэлектричество существует, живые клетки являются источниками тока. Гипотеза Вольта, что мышцы сокращаются только в следствие внешнего электричества, когда касаются металлическим предметом имеющим статический заряд, была им же и опровергнута. Дальнейшие исследования Алессандро Вольта привели его к созданию гальванической батареи, в которых используются электрохимические явления подобные тем, что происходят в живых клетках.

В результате исследований Вольта обнаружил, что каждая клетка имеет свой клеточный потенциал, что биоэлектричество имеет те же самые химические основы, что и электрохимические ячейки, дающие разность потенциалов . Алессандро Вольта проявил уважение к своему коллеги и ввёл термин гальванизм , чтобы подчеркнуть заслугу Луиджи Гальвани в открытии биоэлектричества . Однако, Вольта возражал, против некоего особого электричества в виде животной электрической жидкости , и был прав. Наградой стало создание химических источников тока - гальванических элементов. Алессандро Вольта первый построил химические батареи состоящие из многих гальванических элементов. Такие батареи носили название вольтов столб , из многих элементов собирался источник со значением ЭДС более 100 Вольт, что позволило проводить дальнейшее изучение явлений электричества.

Сочинения Луиджи Гальвани

Основная работа Луиджи Гальвани по биоэлектричеству называется De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius (формат PDF) , в переводе на русский язык Трактат о силах электричества при мышечном движении (формат djvu) . Эти работы вы можете скачать для углублённого изучения и расширения своего кругозора.

Алессандро Вольта (1745-1827) – итальянский учёный-физик, один из авторов учения об электричестве, известный физиолог и химик. Открытое им «контактное электричество» создало глубокую предпосылку для изучения природы тока и поиска направлений его практического использования.

Алессандро Вольта (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Gerolamo Umberto Volta)

Алессандро Вольта появился на свет 18 февраля 1745 года в итальянском городишке Комо, расположенном рядом с Миланом. Его родители Филиппо и Маддалена были представителями среднего класса, поэтому могли создать ребенку хорошие условия жизни. В раннем детстве воспитанием мальчика занималась кормилица, уделявшая мало внимания развитию ребенка. Будущий ученый начал разговаривать только в четыре года, с трудом произнося звуки. Тогда все свидетельствовало об определенной умственной отсталости ребенка, произнесшего первым слово «Нет».

Только к семи годам мальчик приобрел полноценную речь, но вскоре потерял отца. На воспитание Алессандро взял родной дядя, который дал возможность получить племяннику хорошее образование в школе ордена иезуитов. Он с усердием изучал историю, латынь, математику, жадно впитывая все знания. Практически сразу выявилась страсть Вольты к физическим явлениям. Ради этого он устроил переписку с известным в то время автором и демонстратором физических опытов аббатом Жаном-Антуаном Нолле.

В 1758 году земляне в очередной раз наблюдали приближение к планете кометы Галлея. Пытливый ум Вольта сразу проявил огромный интерес к этому явлению, и юноша принялся изучать научное наследие Исаака Ньютона. Также он интересовался работами и по мотивам одной из них соорудил в своем городе громоотвод, оглашавший окрестности звоном колокольчиков во время грозы.

После окончания учебы Алессандро остался преподавать физику в гимназии Комо. Однако роль скромного учителя не соответствовала уровню таланта Вольты и через несколько лет он становится профессором физики одного из старейших университетов в Павии (город на севере Италии в регионе Ломбардия). После переезда сюда Вольта много путешествовал по Европе, побывав со своими лекциями во многих столицах. В этой должности ученый проработает 36 лет, а в 1815 году он возглавил философский факультет университета в Падуе.

Первые открытия

Ещё в годы учительства Вольта всецело предавался науке и активно занимался изучением атмосферного электричества, проводя серию опытов по электромагнетизму и электрофизиологии. Первым заметным изобретением итальянца стал конденсаторный электроскоп, оснащенный расходящимися соломинками. Такой прибор был гораздо чувствительнее своих предшественников с подвешенными на нитке шариками.

В 1775 году Алессандро изобрел электрофор (электрическую индукционную машину), способную вырабатывать разряды статического электричества. В основе работы прибора лежало явление электризации с помощью индукции. Он состоит из двух металлических дисков, один из которых покрыт смолой. В процессе его натирания происходит заряд отрицательным электричеством. При поднесении к нему другого диска последний заряжается, однако если отвести несвязанный ток в землю предмет получит положительный заряд. С помощью многократного повторения этого цикла можно существенно увеличивать заряд. Автор утверждал, что его прибор не теряет эффективности даже через трое суток после зарядки.

Во время одной из лодочных прогулок по озеру, Вольта сумел убедиться, что находящийся на дне газ хорошо горит. Это позволило ему сконструировать газовую горелку и выдвинуть предположение о возможности строительства линии проводной сигнальной электропередачи. В 1776 году ученому удалось создать электро-газовый пистолет («пистолет Вольта»), действие которого основано на взрыве метана от электрической искры.

Вольтов столб

К своему самому известному открытию ученый пришел занимаясь изучением опытов своего соотечественника Луиджи Гальвани, которому удалось обнаружить эффект сокращения мышечных волокон препарированной лягушки в процессе взаимодействия ее вскрытого нерва с двумя разнородными металлическими пластинками. Автор открытия объяснил явление существованием «животного» электричества, однако Вольта предложил другую интерпретацию. По его мнению, подопытная лягушка выступала своеобразным электрометром, а источником тока был контакт разнородных металлов. Сокращение мышц было вызвано вторичным эффектом от действия электролита – жидкости, находящейся в тканях лягушки.

Чтобы доказать правильность выводов Вольта провел эксперимент на самом себе. Для этого он приложил к кончику языка оловянную пластинку и параллельно к щеке серебряную монету. Предметы были соединены небольшой проволочкой. В результате ученый почувствовал языком кисловатый привкус. В дальнейшем он усложнил свой опыт. На этот раз Алессандро положил себе на глаз кончик оловянного листочка, а во рту разместил серебряную монету. Предметы соприкасались друг с другом с помощью металлических острий. Всякий раз при контакте он чувствовал глазом свечение, подобное эффекту молнии.

В 1799 году Александро Вольта окончательно пришел к выводу, что «животного электричества» не существует, а лягушка реагировала на электрический ток возникающий при контакте разнородных металлов.

Этот вывод Алессандро использовал при разработке собственной теории «контактного электричества». Сначала он доказал, что при взаимодействии двух металлических пластин одна приобретает большее напряжение. В ходе дальнейшей серии экспериментов Вольта убедился, что для получения серьезного электричества одного контакта разнородных металлов мало. Оказывается, для появления тока необходима замкнутая цепь, элементами которой выступают проводники двух классов – металлы (первый) и жидкости (второй).

В 1800 году ученый сконструировал Вольтов столб – простейший вариант источника постоянного тока. В его основе лежали 20 пар металлических кружочков, выполненные из двух видов материала, которые были разделены бумажными или тканевыми прослойками, смоченными щелочным раствором или соленой водой. Присутствие жидких проводников автор объяснял наличием особого эффекта, согласно которому в ходе взаимодействия двух различных металлов появляется некая «электродвижущая» сила. Под ее воздействием электричество противоположных знаков сосредотачивается на разных металлах. Однако Вольта не смог понять, что ток возникает как результат химических процессов между жидкостями и металлами, поэтому представил иное объяснение.

Если сложить вертикальный ряд пар различных металлов (например, цинка и серебра без прокладок), то заряженная током одного знака цинковая пластина будет взаимодействовать с двумя серебряными, которые заряжены электричеством противоположного знака. В результате вектор их совместного действия будет обнуляться. Для обеспечения суммирования их действий необходимо создать контакт цинковой пластины только с одной серебряной, что можно достичь с помощью проводников второго класса. Они эффективно дифференцируют пары металлов и не создают помех для движения тока.

Вольтов Столб — гальванический элемент (химический источник постоянного тока). По сути дела — это первая в мире аккумуляторная батарея

О своем открытии в 1800 году Вольта сообщил Лондонскому королевскому обществу. С этого времени источники постоянного тока, изобретенные Вольтой, стали известны всему физическому сообществу.

Несмотря на определенную научную ограниченность выводов Алессандро вплотную приблизился к созданию гальванического элемента, который связан с трансформацией химической энергии в электрическую. В дальнейшем ученые многократно проводили эксперименты с вольтовым столбом, которые привели к открытию химических, световых, тепловых, магнитных действий электричества. Одним из наиболее заметных вариантов конструкции вольтова столба можно признать гальваническую батарею В. Петрова.

В качестве эксперимента, можно создать Волтов столб своими руками из подручных средств.

Вольтов столб своими руками. Между медными монетами находится кусочки салфетки смоченные уксусом (электролитом) и кусочки алюминиевой фольги

Другие изобретения

Иногда Вольту считают создателем прототипа современной свечи зажигания, без которой невозможно представить автомобиль. Он сумел изготовить простую конструкцию, состоящую из металлического стержня, который находился внутри глиняного изолятора. Также он создал собственную электрическую батарею, названную им «короной сосудов». Она состоит из последовательно соединенных медных и цинковых пластин, которые находятся внутри сосудов с кислотой. Тогда это был солидный источник тока, которого сегодня хватило бы на приведение в действие маломощного электрического звонка.

Вольта создал специальный прибор, предназначенный для изучения свойств горящих газов, который получил название эвдиометр. Он представлял собой сосуд, наполненный водой, который в перевернутом виде опускается в специальную чашу с жидкостью. После долгой паузы в 1817 году Вольту публикует теорию града и периодичности гроз.

Семейная жизнь

Супругой итальянского ученого стала графиня Тереза Перегрини, родившая ему троих сыновей.В 1819 году, находящийся в годах ученый, покидает общественную жизнь и удаляется к себе в имение. Алессандро Вольта скончался 5 марта 1827 года в собственном имении Камнаго и был захоронен на его территории. Впоследствии оно получило новое название Камнаго-Вольта.

После смерти судьба сыграла с ученым злую шутку. Во время выставки, посвященной вековому юбилею создания «Вольтова столба» случился большой пожар, практически полностью уничтоживший его личные вещи и приборы, а причиной возгорания была названа неисправность электрических проводов.

• Находясь в библиотеке Академии, Наполеон Бонапарт прочитал на лавровом венке надпись: «Великому Вольтеру» и удалил из нее две последние буквы, оставив вариант «Великому Вольте».
• Наполеон был хорошо расположен к великому итальянцу и однажды уподобил, изобретенный им «Вольтов столб» самой жизни. Французский император назвал прибор позвоночником, почки положительным полюсом, а желудок отрицательным. Впоследствии по приказу Бонапарта в честь Вольты выпустят медаль, наделят его титулом графа и в 1812 году назначат президентом коллегии выборщиков.

Вольта демонстрирует Наполеону свои изобретения — Вольтов столб и гелиевую пушку

• По инициативе Вольты в науке были утверждены понятия электродвижущая сила, ёмкость, цепь и разность напряжений. Его собственное имя носит единица измерения электрического напряжения (с 1881 года).
• В 1794 году Алессандро организовал опыт под мрачным названием «Квартет мертвых». В нем участвовали четверо человек с мокрыми руками. Один из них правой рукой соприкасался с цинковой пластинкой, а левой прикасался к языку второго. Он, в свою очередь, касался глаза третьего, державшего препарированную лягушку за лапки. Последний прикасался к туловищу лягушки правой рукой, а в левой держал серебряную пластинку, которая соприкасалась с цинковой. В ходе последнего касания первый человек резко вздрагивал, второй ощущал во рту кислый вкус, третий чувствовал свечение, четвертый переживал неприятные симптомы, а мертвая лягушка будто оживала, трепеща своим телом. Это зрелище потрясало до глубины души всех очевидцев.
• Именем Вольта названа научная награда за заслуги ученых в области электричества.
• Вольта скончался в один день и час с известным французским математиком Пьером-Симоном Лапласом.
• Портрет учёного был изображен на итальянской денежной купюре.

Портрет Алессандро Вольты на купюре в 10000 лир. Купюра вышла в обращение в 1984 году

• В итальянском городе Комо есть музей Алессандро Вальта — его открыли в 1927 году к столетию со дня смерти ученого.

Казалось бы, XVII век очень немного внес в развитие познания электрических и магнитных явлений, но именно тогда был заложен фундамент и дан мощный импульс исследованиям этих явлений в последующих столетиях.

Во время опытов с электрической машиной, проводимых учеными XVIII века, замечали переход электричества с натираемого стеклянного круга на кондуктор. Много раз пробовали разряжать «лейденскую банку» через длинную цепь взявшихся за руки людей, но никто не высказал ясной мысли о возможности длительного течения электричества по проводникам.

Открытию электрического тока предшествовали опыты итальянского анатома Луиджи Гальвани.

Работая в лаборатории, где проводились опыты с электричеством, Гальвани наблюдал явление, которое было известно многим еще до него. Оно заключалось в том, что если через нерв лягушачьей ножки, соединённой проволочкой с землей, разряжать кондуктор электрической машины, то наблюдались судорожные сокращения её мышц. Но однажды Гальвани заметил, что лапка пришла в движение, когда с ее нервом соприкасался только стальной скальпель. Удивительнее всего было то, что между электрической машиной и скальпелем не было никакого контакта. Это поразительное открытие заставило Гальвани поставить ряд опытов для обнаружения причины наблюдаемого явления. В один из осенних дней 1780 года Гальвани провел эксперимент с целью выяснить, вызывает ли такие же движения в лапке электричество молнии. Для этого Гальвани подвесил на латунных крючках несколько лягушачьих лапок в окне, закрытом железной решеткой. И он обнаружил в противоположность своим ожиданиям, что сокращения лапок происходят в любое время, вне всякой зависимости от состояния погоды. Присутствие рядом электрической машины или другого источника электричества оказалось ненужным. Гальвани установил далее, что вместо железа и латуни можно использовать любые два разнородных металла, причем комбинация меди и цинка вызывала явление в наиболее отчетливом виде. Стекло, резина, смола, камень и сухое дерево вообще не давали никакого эффекта. К сожалению, Гальвани пришел к заключению, что в тканях тела лягушки заключается «животное электричество». Поэтому при соединении проводниками (медь, железо) нерва с мускулами происходит разряд. В результате его современникам понятие «животного электричества» стало казаться гораздо более реальным, чем электричество какого-либо другого происхождения. Обнаружение электрического тока все еще оставалось тайной. Где же появляется ток: только в тканях тела лягушки, только в разнородных металлах или же в комбинации металлов и тканей?

Луиджи Гальвани (1737–1798) – итальянский врач, анатом и физиолог, один из основателей электрофизиологии. Образование получил в Болонском университете, там же преподавал медицину.

Алессандро Вольта (1745–1827) – итальянский физик и физиолог, один из основоположников учения об электричестве. Установил связь между количеством электричества, емкостью и напряжением, изобрел первый химический источник тока на медно-цинковой паре («вольтов столб», или «батарея Вольта»). В апреле 1800 г. в Париже Вольта был принят Первым консулом Франции – Наполеоном. Наполеон интересовался науками, справедливо полагая, что сила государства в новом веке немыслима без процветания просвещения. Продемонстрировав восхищенному Наполеону свои опыты, Вольта стал рыцарем Почетного легиона, получил звание сенатора и графа.

Вольта прожил долгую и счастливую жизнь. К сожалению, почти все его личные вещи, приборы, а также 11 громадных папок его трудов сгорели во время пожара. Но Вольта вечен в вольте – единице электрического напряжения.

К счастью, история распорядилась так, что результаты опытов Гальвани, изложенные им в его знаменитом «Трактате об электрических силах при мышечном движении», увидевшем свет в 1791 году, попались на глаза итальянскому ученому Алессандро Вольта.

Потрясенный Вольта перечитывает трактат и находит в нем то, что ускользнуло от внимания самого автора, – упоминание о том, что эффект содрогания лапок наблюдался лишь тогда, когда лапок касались двумя различными металлами. Вольта решает поставить видоизмененный опыт, но не на лягушке, а на самом себе. «Признаюсь, – писал он, – я с неверием и очень малой надеждой на успех приступил к первым опытам: такими невероятными казались они мне, такими далекими от всего, что нам доселе известно было об электричестве... Ныне я обратился к опытам, сам был очевидцем, сам производил чудное действие и от неверия перешел, может быть, к фанатизму!»

Теперь Вольту можно было увидеть за странным занятием: он брал две монеты – обязательно из разных металлов – и... клал их себе в рот – одну на язык, другую – под язык. Если после этого монеты или кружочки Вольта соединял проволочкой, он чувствовал кисловатый вкус, тот самый вкус, но гораздо слабее, что мы можем чувствовать, лизнув одновременно два контакта батарейки. Из опытов, проведенных раньше с электрофором, Вольта знал, что такой вкус вызывается электричеством. Вольта предположил, что причиной явления, наблюдавшегося Гальвани, служило присутствие двух разных металлов. Руководствуясь этой мыслью, он поставил много опытов и, наконец, сделал важное открытие, о чем сообщил в 1800 году Лондонскому королевскому обществу. Вольта писал, что он нашел новый источник электричества, действующий подобно батарее слабо заряженных «лейденских банок». Однако в отличие от гальванической батареи его прибор заряжается сам собой и разряжается непрерывно. При этом он дал и описание своего прибора.

15 июня 1802 г. во Франции, в то время одной из самых передовых в научном отношении стран, учреждается государственная премия в виде золотой медали и солидной денежной суммы «тому, кто своими открытиями, подобно Вольте и Франклину, продвинет вперед науку об электричестве и магнетизме». Отдавший это распоряжение Первый консул, будущий император Наполеон I, заканчивает свое указание пророческими словами: «Моя цель состоит в поощрении, в привлечении внимания физиков к этому отделу физики, представляющему, как мне чувствуется, путь к великим открытиям». Первым этой награды был удостоен в 1806 г. Гемфри Дэви. Кстати, французская премия была вручена англичанину именно в тот момент, когда эти страны находились в состоянии войны. Однако никакого возмущения общественности не последовало. Со стороны Наполеона I это действительно был поступок, достойный подражания.

Вольта устроил свой прибор так. Он поставил друг на друга несколько дюжин попарно собранных цинковых и медных кружков, разделенных бумагой, смоченной соленой водой. Когда экспериментатор прикасался одной рукой к нижнему медному, а другой рукой – к верхнему цинковому кружкам, то испытывал сильный электрический удар. При этом прибор не разряжался, и, сколько бы раз он не касался кружков, удар повторялся, т.е. заряд электричества возникал непрерывно. Таким образом, Вольта получил первый довольно мощный источник электричества – знаменитый «вольтов столб», составивший целую эпоху в истории физики (рис. 6.1).

Так было открыто новое явление – непрерывное движение электричества в проводнике, или электрический ток. Создание первого источника электрического тока сыграло громадную роль в развитии науки об электричестве и магнетизме. Современник Вольта французский ученый Араго считал вольтов столб «самым замечательным прибором, когда-либо изобретенным людьми, не исключая телескопа и паровой машины».

Сразу вслед за этим Вольта сделал еще одно великое изобретение: он изобрел гальваническую батарею, пышно названную «короной сосудов» и состоявшую из многих

последовательно соединенных цинковых и медных пластин, опущенных попарно в сосуды с разбавленной кислотой, – уже довольно солидный источник электрической энергии (рис. 6.2). Можно считать, что с того дня источники постоянного электрического тока

вольтов столб и гальваническая батарея – стали известны многим физикам и нашли широкое применение в последующих исследованиях.

Прибор Вольта побудил ученых к работе над изобретением подобных источников тока. В частности, гальванический элемент был устроен английским химиком Джоном Даниэлем (1790–1845). В элементе Даниэля цилиндрически изогнутая медная пластинка погружена в раствор медного купороса. Цинковая пластинка находится в пористом глиняном сосуде, наполненном разбавленной серной кислотой. По проводнику, соединяющему медную пластинку с цинковой, течет электрический ток. В 1839 году немецкий физик Роберт Бунзен (1811–1899) заменил медную пластинку угольным цилиндриком, погруженным в азотную кислоту. Наконец, парижский химик Лекланше создал очень дешевый и удобный элемент, нашедший широкое применение. В его элементе также есть цилиндрически изогнутая цинковая пластинка и угольный цилиндрик, но они оба погружены в раствор нашатыря.