История развития электродинамики. Гальванизм

А вот и продолжение первых двух записей про историю электродинамики (первая часть — магнетизм, вторая часть — электростатика).

Георг Зульцер

Георг Зульцер

До сих пор все исследования электричества сводились к электростатике, то есть к взаимодействию одиночных зарядов между собой, но в конце 18 века Луиджи Гальвани изобрел первый источник постоянного электричества. Но прежде чем переходить к описанию опытов Гальвани, хотелось бы упомянуть немецкого философа и профессора математики Иоганна Георга Зульцера (1720 — 1779). Он не занимался исследованием электричества, но зато еще в 1752 году, почти за 30 лет до открытия Гальвани, в своей работе «Исследование происхождения приятных и неприятных ощущений» заметил, что если свинцовую пластину соединить с серебряной и положить их на язык, то появится вкус железного купороса, хотя по отдельности эти металлы таким вкусом не обладают. На исследование электричества это никак не сказалось, но интересно как бы отреагировал философ, если бы он узнал, что и через 250 лет многие люди будут лизать батарейки, чтобы таким способом узнать на сколько они заряжены. 🙂

Луиджи Гальвани

Луиджи Гальвани

В 1780 году итальянский врач Луиджи Гальвани изучал вместе со своими ассистентами нервную систему лягушек, а неподалеку стояла электрическая машина. О дальнейших событиях, подтолкнувших к открытию гальванического электричества, существуют несколько версий. По одной из них препарированную мертвую лягушку Гальвани по неосторожности положил стол недалеко от электрической машины, где лежал и скальпель, который касался лягушки. Когда вошла его жена, то она с ужасом увидела, что нога лягушки дергалась, когда в электрической машине проскакивали искры.

По другой версии один ассистентов препарировал лягушку и случайно прикоснулся скальпелем к бедренному нерву лягушки, а другому ассистенту показалось, что в это время проскочила искра в электрической машине. Гальвани заинтересовался эффектом и начал проводить опыты, чтобы определить что именно заставляет мышцы лапок лапки лягушек сокращаться. Он и его ассистенты смогли заставить дергаться лапки лягушек от электрического разряда. После этого Гальвани решил проверить вызовет ли атмосферное электричество (молния во время грозы) такой же эффект. Тогда он взял несколько препарированных лягушек, зацепил их медными (по другой версии латунными) крючьями и подвесил на железную решетку. Во время грозы сокращение мышц лапок тоже происходило, но физик заметил, что лапки иногда дергались и в тихую погоду. Сначала он не мог понять почему так происходит и винил в этом «изменение электрического состояния атмосферы», но заметил, что мышцы также сокращались, если прижать медные крючья к железной решетке, после чего он решил провести эксперименты у себя в лаборатории. Цитата самого Гальвани:

Я провел опыт с другими металлами в разное время суток, в разные дни, в разных местах и все время получал почти одинаковый результат, если не считать, что при использовании некоторых металлов сокращения были более сильными. После этого я провел опыты с различными телами, не проводящими электричество (стекло, клеи, смолы, камни, сухое дерево), но ничего не происходило.

Он заметил, что конечности лягушки сокращаются, если нервы и мышцы лягушки соединить металлической дугой, которая обычно состоит из двух разнородных металлов. После этого он предположил, что сокращения вызываются особой жидкостью, которую сразу же назвали гальванизмом или животным электричеством. Гальвани предположил, что электричество вырабатывается внутри лягушек (в общем случае внутри животных). Он считал, что это то же самое электричество, которое может вырабатывать электрический скат, и что это та же самая электрическая жидкость, о которой говорил Франклин. Причем жидкость по мнению Гальвани содержалась в нервной системе. Свои выводы он публиковал в 1791 году в трактате «Об электрических силах в мускуле». После этого многие ученые стали проводить эксперименты по выявлению гальванизма у других животных, в том числе и в трупах людей. Эти опыты довольно сильно помогли изучению физиологии.

После публикации трудов Гальвани ученые разделились на три лагеря. Первые полностью приняли теорию Гальвани о животном электричестве, вторые считали, что животное электричество и обычное электричество — это разные жидкости, третьи утверждали, что никакой особой жидкости в нервной системе нет.

Алессандро Вольта

Алессандро Вольта

Алессандро Вольта (1745 — 1827) был сторонником третьего лагеря, и именно он в 1792 году предположил, что электричество возникает вследствие контактов двух разных металлов. Удивительно, но сам Гальвани до этого не додумался, хотя в своих опытах он использовал разные металлы. Вот что пишет Вольта на счет гальванизма:

Металлы, которые были использованы при проведении опытов, будучи приложенными к мокрым животным тканям, сами по себе и в силу своих свойств способны возбуждать и выводить электрическую жидкость из состояния покоя, так что органы животного действуют пассивно.

Вольта даже предлагал изменить название «животное электричество» на «металлическое электричество».

Гальвани и его последователи были не согласны с Вольтой, а в 1827 году Леопольде Нобили (1784-1835) провел эксперимент, в котором с помощью гальванометра зафиксировал ток, протекающий в цепи, составленной лапками и туловищем лягушки, таким образом подтвердив существование «животного электричества», или, как это называется сейчас, биоэлектричество. Получилась интересная ситуация, когда две казалось бы конкурирующие теории оказались правы, причем в качестве доказательства первой теории (животного электричества) использовались эксперименты, относящиеся ко второй (теорию Вольты о контакте между металлами). И на самом деле сторонники двух теорий спорили по поводу совершенно разных эффектов.

Но к концу XVIII века гальваническое электричество, которое можно было получить, было очень слабым по сравнению со статическим электричеством (представляете сколько сейчас понадобилось бы лягушачьих лапок, чтобы питать мобильник 🙂 ), поэтому интерес к нему начал пропадать, но в 1800 году все тот же Вольта открыл способ как значительно усилить гальванический эффект. Он изобрел то, что потом стали называть Вольтов столб, он взял несколько пар соединенных между собой медных и цинковых пластинок, а между этими парами проложил мокрый картон. Получился такой бутерброд: медь, цинк, картон, медь, цинк, картон и т.д. Если теперь замкнуть две крайние пластины, то при этом проскакивает искра, а если прикоснуться к одновременно к самому верхнему и самому нижнему кружочкам, то можно почувствовать удар и покалывание. Причем действие столба, в отличие от лейденской банки, было не кратковременным, а постоянным. Вольта писал, что если замкнуть крайние пластинки через тело, то появляется ощущение жжения, «которое не только не утихает, но делается все сильнее и сильнее».

Чтобы доказать, что соединение между металлами дает тот же самый электрический эффект, что и электризация тел, Вольта провел следующий эксперимент. Он на какое-то время соединил две пластинки (цинковую и медную), а затем их разъединил и поднес к электроскопу, который показал, что пластинки оказались заряженными.

Открытие Вольты подтолкнуло ученых к дальнейшим исследованиям теперь уже постоянного тока и уже через месяц после открытия гальванического элемента при создании первого в Англии столба Никольсон (1753 — 1815) и Карлейль (1768 — 1840) открыли эффект электролиза воды. Открыли они его случайно, для лучшего контакта между пластиной столба и проводником, который должен идти к нагрузке, на место их соединения ученые нанесли каплю воды и заметили, что в этом месте образуется газ. Чуть позже Уильям Хайд Волластон (1766-1828) осуществил разложение воды с помощью электричества, полученного с помощью трения. Этот же опыт показал, что статическое электричество и гальваническое — это один и тот же тип электричества. В ноябре 1800 года Хэмфри Дэви (1778 — 1829) показал, что столб не производит тока, если пластины разделить чистой водой, и что мощность столба напрямую зависит от способности жидкости окислять цинк.

В 1803 году немецкий физик Иоганн Риттер (1776-1810), по сути, изобрел аккуммулятор. Он составил столб из серебряных кружочков, между которыми проложил влажное сукно. После того, как он пропустил ток от вольтова столба, столб, созданный Риттером сам стал вести себя как источник электричества. Объяснил это действие все тот же Вольта в 1805 году.

Продолжение будет в следующий раз.

История развития электродинамики. Электромагнетизм..

Ссылки

Уитекер Э. «История теории эфира и электричества»

Спасский Б. И.. История физики.

Лауэ М. История физики

Викизнаение

Вы можете подписаться на новости сайта через RSS, Группу Вконтакте или Канал в Telegram.

Пожалуйста, оцените запись

УжасноПлохоТак себеХорошоОтлично (Количество голосов: 4, средняя оценка: 4,00)
Загрузка...

Leave a comment

Subscribe without commenting