Предвесник на ерата на електротехниката Алесандро Волта

На 200-годишнината од првиот извор на електрична струја

Јан Шнајберг, Д. Шарле

Алесандро Волта беше, како што сега велат, икона фигура во историјата на електричната енергија, електротехниката и телекомуникациите.

До последната четвртина од 18 век, веќе се знаеше многу за својствата на мистериозната „електрична сила“. Електростатските машини за триење беа дизајнирани да произведуваат електрични полнежи (Френсис Гуксби, Англија), беше откриен феноменот на електрична спроводливост (Стивен Греј, Англија) и беше даден концептот на два вида електрична енергија - „стакло“ и „смола“ - последователно „ позитивно“ и „негативно“ (Шарлс Дуфеј, Франција). Создаден е уред за складирање на електрични полнежи - првиот кондензатор, т.н. громобран (во секојдневниот речник „громобран“) . Конечно, беше воспоставен Првиот закон за електростатика (Шарл Кулон, Франција).

Но, епохалното откритие на Волта - „контактна електрична енергија“ - се чинеше дека ги сумираше сите претходно постигнати резултати и даде моќен поттик за нови, подлабоки студии за природата на електричната енергија и можноста за нејзина практична примена.

Алесандро Волта е роден на 18 февруари 1745 година на семејниот имот на неговите предци, во близина на малиот град Комо во северна Италија. Потекнува од аристократско семејство, мајка му била војвотката Мадалена Инзаи. Во најраните години, Алесандро страдаше од задоцнет физички и ментален развој; ​​тој почна да зборува само на четиригодишна возраст. Тогаш неговиот развој отиде многу брзо. Спротивно на неговата предодредена кариера како свештеник, тој се заинтересирал за физички експерименти и, веќе на 18-годишна возраст, се допишувал со еден од најистакнатите електрични физичари во тоа време, демонстратор на спектакуларни јавни електрични експерименти, игуменот Жан Ноле.

Алесандро Волта

Од 1774 до 1779 г Волта е наставник по физика во Кралското училиште во Комо. На 26-годишна возраст, тој го објави своето прво научно дело „Емпириски студии на методи за возбудлива електрична енергија и подобрување на дизајнот на машината“. Својот прв сериозен изум го направил во 1772 година. Тоа бил таканаречениот кондензаторски електроскоп со дивергентни сламки (поврзување на електроскоп со кондензатор), кој имал многу поголема чувствителност од претходните електроскопи со топчиња од плута или бозел обесени на конци. Уредот имаше метрички својства, бидејќи отклонувањето на сламките под агол до 30 ° се покажа пропорционално на полнењето на електроскопот. Електроскопот долги години бил главниот мерен инструмент што го користел самиот Волта и други истражувачи.

На триесетгодишна возраст, Волта стана познат. Тој ја измислил смолата електрофор или, како што самиот пронаоѓач ја нарекол „elettrophoro perpetuo“, што значи „постојан носител на електрична енергија“. Електрофоричната машина го користела феноменот на електрификација преку индукција, додека кај електростатските машини што се користеле електричната енергија се произведувала со триење. Уредот е исклучително едноставен и исто така исклучително оригинален. Се состои од два метални дискови. Едниот, да речеме долниот, е покриен со слој смола. Кога се триете со рака, кожна ракавица или крзно, дискот се полни со негативен електрицитет. Ако го доведете горниот диск до него, вториот ќе се полни како што е прикажано на сл. 1 а. Кога неврзаната електрична енергија се пренасочува во земјата (сл. 1 б), барем со прстот на експериментаторот, горниот диск ќе биде позитивно наполнет. Можете да го подигнете и да го отстраните полнењето од него (сл. 1 в). Со многукратно повторување на циклусот на спуштање и подигање на горниот диск, можете да го зголемите полнењето исто толку пати.

Ориз. 1. Дијаграм кој ја објаснува работата на електрофорот на Волта

Волта посочи дека неговиот електрофор „продолжува да работи дури и три дена по полнењето“. И понатаму: „Мојата машина овозможува да се добие електрична енергија во секое време и дава ефект поубав од најдобриот диск и топка (електростатско - авторска белешка)машини." Значи, електрофорот е уред кој овозможува да се добијат моќни празнења на статички електрицитет. Волта извлечена од него "искри десет или дванаесет прсти со дебелина и уште повеќе..." Електрофорот на Волта послужил како основа за изградба на цела класа на индукција, таканаречени "електрофори" ", автомобили.

Полемички коментар. Некои историчари на физиката и електротехниката веруваат дека Волта не го измислил електрофорот, туку само го подобрил уредот што претходно го измислил академикот од Санкт Петербург Франц Епинус. Навистина, во 1758 година, Епинус ја предложи теоријата за пренос на „електрична енергија преку влијание“ - со методот на електростатска индукција, т.е., во модерната терминологија, тој измислил метод. Тој, исто така, го изгради првиот уред што ја докажува оваа можност. Се состоеше од метален сад во кој беше вметната и отстранета обликувана маса на електрифициран сулфур. И чашата и сулфурот се испостави дека се електрично наполнети.

Сепак, Епинус не отиде подалеку од лабораториска демонстрација, а уредот што го измислил не добил практична примена. Волта, врз основа на методот измислен од Епинус, измислил оригинален електрофор, кој дава нов технички ефект во споредба со прототипот, кој, според сите канони на патентното право, е препознаен како пронајдок. Ова е типично за историјата на технологијата. Откако беше измислен, методот овозможи да се искористи неговиот принцип за создавање, односно измислување разни уреди. На пример, П. Шилинг измислил метод на електромагнетна телеграфија и првиот уред за негова имплементација. Потоа, на истиот принцип, C. Wheatstone и W. Cook го измислиле телеграфот со покажувач, а Морс го измислил телеграфот за печатење. Сите тие со право се сметаат за пронаоѓачи.

Самиот Волта призна дека Апинус ја реализирал идејата за електрофор, но не конструирал комплетен уред.

Во 1776 година, Волта измислил гасен пиштол - „Пиштол Волта“, во кој гасот метан експлодирал од електрична искра.

Во 1779 година, Волта бил поканет да седне на фотелјата по физика на универзитет со илјадагодишна историја во градот Павија, каде што работел 36 години.

Прогресивен и храбар професор, тој раскинува со латинскиот јазик и ги учи студентите од книги напишани на италијански.

Волта патува многу: Брисел, Амстердам, Париз, Лондон, Берлин. Во секој град, состаноци на научници го поздравуваат, го слават со почести и му доделуваат златни медали. Сепак, „најдобриот час“ на Волта е сè уште напред; ќе дојде за повеќе од две децении. Во меѓувреме, петнаесет години се оддалечува од истражувањето за електрична енергија, живее одмерен живот како професор и се занимава со разни работи што го интересираат. На повеќе од четириесет години, Волта се омажила за благородната Тереза ​​Пелегрина, која му родила три сина.

И сега - сензација! Професорот наидува на штотуку објавениот трактат на Галвани „За електричните сили во мускулното движење“. Интересна е трансформацијата на позицијата на Волта. На почетокот тој го доживува трактатот со скептицизам. Потоа ги повтори експериментите на Галвани и веќе на 3 април 1792 година му напиша на вториот: „... откако станав очевидец и ги забележав овие чуда, јас, можеби, преминав од недоверба во фанатизам“.

Сепак, оваа состојба не траеше долго. На 5 мај 1792 година, на своето универзитетско предавање, тој ги возвишува експериментите на Галвани, но веќе следното предавање, на 14 мај, е спроведено на полемички начин, изразувајќи ја идејата дека жабата најверојатно е само показател за електрична енергија. , „електрометар, десетици пати почувствителен дури и од најчувствителниот електрометар со златни листови“.

Наскоро острото око на физичарот забележува нешто што не го привлече вниманието на физиологот Галвани: треперењето на нозете на жабата се забележува само кога ќе го допрат жици од два различни метали. Волта сугерира дека мускулите не учествуваат во создавањето на електрична енергија, а нивната контракција е секундарен ефект предизвикан од стимулацијата на нервот. За да го докаже ова, тој прави познат експеримент во кој се открива кисел вкус на јазикот кога на врвот се нанесува лимена или оловна плоча, а сребрена или златна паричка се става на средината на јазикот или на образот и плочата и паричката се поврзани со жица. Сличен вкус чувствуваме кога ќе лижеме два контакти на батеријата истовремено. Киселиот вкус се претвора во „алкален“, односно дава горчлив вкус, ако се заменат метални предмети на јазикот.

Во јуни 1792 година, само три месеци откако Волта почна да ги повторува експериментите на Галвани, тој веќе немаше никакви сомнежи: „Така, металите не се само одлични спроводници, туку и мотори на електрична енергија; тие не само што го обезбедуваат најлесниот пат поминувајќи ја електричната енергија.

течност, ... но тие самите предизвикуваат ист дисбаланс со извлекување на оваа течност и внесување на истата, слично на она што се случува при триење на идиоелектриците“. (така ги нарекувале телата кои биле наелектризирани со триење во времето на Волта - забелешка на авторот).

Така, Волта го воспостави законот за контактни напони: два различни метали предизвикуваат „нерамнотежа“ (со модерни термини, тие создаваат потенцијална разлика) помеѓу двата, по што тој предложи електричната енергија добиена на овој начин да се нарекува не „животинска“, туку „ металик“. Ова го започна неговото седумгодишно патување до навистина голема креација.

Првата серија уникатни експерименти за мерење на контактните потенцијални разлики (CPD) резултираше со компилација на познатата „Волта серија“, во која елементите се распоредени во следната низа: цинк, лимена фолија, олово, калај, железо, бронза, бакар, платина, злато, сребро, жива, графит (Волта погрешно го класифицира графитот како метал - белешка на авторот).

Секој од нив, доаѓајќи во контакт со кој било од следните членови на серијата, добива позитивен полнеж, а овој последователен добива негативен полнеж. На пример, железо (+) / бакар (-); цинк (+) / сребро (-), итн Волта ја нарекува силата генерирана од контактот на два метали електровозбудлива или електромоторна сила. Оваа сила ја придвижува електричната енергија така што се создава разлика во напонот помеѓу металите. Волта понатаму утврди дека разликата во напонот ќе биде поголема колку што металите се наоѓаат подалеку еден од друг. На пример, железо / бакар - 2, олово / калај - 1, цинк / сребро - 12.

Во 1796-1797 година Беше откриен важен закон: потенцијалната разлика помеѓу два члена од серијата е еднаква на збирот на потенцијалните разлики на сите средни членови:

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

Навистина, 12 = 1 + 2 + 3 + 1 + 5.

Покрај тоа, експериментите покажаа дека разликите во напонот не се случуваат во „затворена серија“: A/B + B/C + C/D + D/A = 0. Тоа значеше дека преку неколку чисто метални контакти е невозможно да се постигнат повисоки напони отколку со директен контакт на само два метали.

Од модерна гледна точка, теоријата за контактна електрична енергија предложена од Волта беше погрешна. Тој сметаше на можноста постојано да добива енергија во форма на галванска струја без да се троши друг вид енергија.

Сепак, на крајот на 1799 година, Волта успеа да го постигне она што го сакаше. Тој прво утврдил дека кога два метали ќе дојдат во контакт, едниот добива поголем стрес од другиот. На пример, кога се поврзуваат бакарни и цинкови плочи, бакарната плоча има потенцијал од 1, а цинковата плоча има потенцијал од 12. Бројните последователни експерименти го доведоа Волта до заклучок дека континуирана електрична струја може да се појави само во затворено коло составено на разни спроводници - метали (кои ги нарекол првокласни спроводници) и течности (кои ги нарекол второкласни спроводници).

Така, Волта, без целосно да го сфати, дојде до создавање на електрохемиски елемент, чие дејство се засноваше на претворање на хемиската енергија во електрична енергија.

Ориз. 2. Видови галвански ќелии прикажани од Волта во писмо до Банки: горе - чашка батерија, долу - варијанти на „волтаични столбови“.

Волта успеа да добие значителни напони со поставување на колона од кругови од идентични контактни парови на метали, идентично ориентирани и одделени со влажни ткаенини. Самиот Волта ја илустрирал суштината на ова користејќи го примерот на неговата батерија за чаши (сл. 2 погоре). Во левата чаша има една бакарна чинија, нејзиниот потенцијал е 1. Во трите последователни чаши, левите чинии се цинк, десните се бакар; во последната чаша - цинк; секој цинк еден во една чаша е поврзан со метален лак со бакар во следната чаша. Првата цинкова плоча има потенцијал од 12. Волта претпоставува дека две метални плочи разделени со течност добиваат ист потенцијал. Следствено, вториот бакар исто така ќе има потенцијал од 12, а вториот цинк ќе има потенцијал од 12 + 11 = 23; трет цинк 12 + 2 * 11 = = 34; четвртиот 12 + 3 * 11 = 45, итн. На пример, 10-тиот цинк ќе добие потенцијал од 12 + 9 * 11 = 111.

Волта го пријавил своето откритие во писмо од 20 март 1800 година до претседателот на Кралското друштво на Лондон, Џозеф Бенкс. Во пораката „За електрична енергија возбудена од едноставниот контакт на едноставни спроводливи материи“ тој пишува: „... Имам задоволство да известувам за некои неверојатни резултати што ги добив. Главниот од овие резултати... создавањето на уред кој работи непрекинато... ., создава неуништлив полнеж, дава континуиран импулс на електричната течност“. И понатаму: „Проектилот за кој зборувам - и ова ќе ве изненади - ... не е ништо повеќе од збирка добри проводници од различни видови, наредени на одреден начин. Дваесет, четириесет или шеесет кругови од бакар или дури подобро, сребро, секое превиткано со круг од калај или подобар цинк, и ист број слоеви вода или некоја друга течност што подобро спроведува од водата, на пример, солен раствор, луга итн., или парчиња картон, кожа итн., добро ги навлажни овие течности, и овие слоеви се наоѓаат помеѓу двата различни метали на секој пар. Ова е сè што го сочинува мојот нов инструмент." Самиот Волта првично предложи неговиот уред, проектил или инструмент да се нарече „вештачки електричен орган“, а потоа го преименуваше во „електромоторна колона“. Подоцна, Французите почнаа да го нарекуваат овој уред „галванска колона“ или „волтаична колона“.

Волта беше одговорна за воведување на концептите на „капацитивност“, „коло“, „електромоторна сила“, „разлика на напон“.

Честа и славата дојдоа до пронаоѓачот. Во Франција, во негова чест се кова медал, а првиот конзул на Директориумот, генералот Бонапарта, формира фонд од 200.000 франци за „брилијантни откривачи“ во областа на електричната енергија и ја доделува првата награда на авторот на столбот. Волта станува витез на Легијата на честа, Железниот крст, ја добива титулата сенатор и гроф, станува член на Академијата на науките во Париз и Санкт Петербург, член на Кралското друштво на Лондон, кое му ја доделува наградата Coplay Златен медал.

Создавањето на „волтаичната колона“ беше револуционерен настан во науката за електрична енергија, ја подготви основата за појавата на модерната електротехника и имаше огромно влијание врз целата историја на човечката цивилизација. Не е изненадувачки што современиот на Волта, францускиот академик Д. Араго, ја сметаше Волтаичната колона „...највпечатливата направа што некогаш ја создале луѓето, не исклучувајќи ги телескопот и парната машина“.

Во првата третина од 19 век, „Волта колона“ остана единствениот извор на електрична струја, кој беше успешно искористен за нивните експерименти и откритија од големите научници - В. Петров, Х. Дејви, А.-М. Ампер, М. Фарадеј.

Меѓу нив, првиот што го подобри „волтаичниот столб“ беше Василиј Петров, професор по физика на Медицинско-хируршката академија во Санкт Петербург. Тој истакна дека поинтензивна струја може да се добие од помоќна батерија. Во 1802 година, тој создаде единствен извор на струја со висок напон (околу 1700 V), кој го нарече „огромна батерија“. Оваа батерија се состоеше од 2100 бакар-цинкови ќелии (батериите што постоеја во Европа во тоа време имаа 15-20 елементи). Во својот есеј „Вести за експериментите Галвани-Волта“, објавен во 1803 година, В. Петров го опиша феноменот на електричниот лак откриен од него и посочи дека со неговата „светла светлина, слична на сончевата светлина или пламен, темната соба може да биде сосема јасно осветлено“. Ова го означи почетокот на две насоки: електрично топење на метали и нивно обновување од руди и создавање на електрични лачни светилки.

Волта имал среќа да живее за да ги види најважните откритија направени со помош на неговиот изум: дејството на струјата на магнетна игла, меѓусебната ротација на проводниците со струја и магнетот (прототипот на електричен мотор), развојот на основите на Ампер. на електродинамиката. Во 1819 година Волта ја напуштил својата професорска функција.

Починал во родниот град во 1827 година на 82-годишна возраст.

Легендите за Волта кружеа за време на неговиот живот. За да ја докаже својата теорија за „контактна електрична енергија“, во 1794 година го спроведе експериментот „Влажен квартет“. Четворица мажи со влажни раце стоеја во круг. Потоа првиот со десната рака ја зеде цинковата плоча, а со левата го допре јазикот на вториот; вториот го допре очното јаболко на третиот, кој ја држеше расчлената жаба за нозете, а четвртиот со десната рака го фати за нејзиното тело, а со левата ја донесе сребрената плоча до цинковата плоча, која првата ја држеше со десната рака. Во моментот на контактот, првиот остро се стресе, вториот се навива од вкусот на „лимон“ во устата, третиот доби искри од очите, четвртиот почувствува непријатни сензации, а жабата како да оживува и трепери. Оваа глетка ги шокираше очевидците.

Научниот придонес на Волта беше високо ценет од неговите современици - тој се сметаше за најголемиот физичар во Италија по Галилео. Врз основа на пронајдокот на Волта, до крајот на 19 век, беа предложени околу двесте сорти на „волтаична колона“ - електрохемиски извори на струја.

Сеќавањето на Волта беше овековечено во 1881 година на Меѓународниот конгрес на електричари во Париз, каде што една од најважните електрични единици - единицата за напон - го доби името "волт".

Создавањето на „волтаичната колона“ ја заврши ерата на електростатиката и го означи почетокот на ерата на електротехниката.

Така, на крајот на 18-19 век се случи премин од електрична енергија за наука кон електрична енергија за човештвото - за индустријата, секојдневниот живот и културата.

Литература

1. Llozzi M. Историја на физиката. Пер. од италијански - М.: Мир, 1970 година.
2. Лебедев В. Електричната енергија, магнетизмот и електротехниката во нивниот историски развој. - М.-Л.: Н.-т. Издавачка куќа на НКТП СССР, 1937 година.
3. Карцев В. Авантурите на големите равенки. - М.: Знаење, 1978 година.
4. Dorfman Ya. G. Светска историја на физиката од античко време до крајот на 18 век. - М.: Наука, 1974 година.
5. Samarin M. S. Volt, Ampere, Ohm и други единици на физички количини во комуникациската технологија. - М.: Радио и комуникација, 1988 година.
6. Rosenberg F. Историја на физиката. Дел III, број. И. - М.-Л.: Н.-т. Издавачка куќа на НКТП СССР, 1935 година.
7. Веселовски О.Н., Шнејберг Ја.Есеи за историјата на електротехниката. - М.: Издавачка куќа МПЕИ, 1993 година.
8. Речник на научна биографија. Vol. 14, 1976 година.

Доктор по физичко-математички науки V. OLSHANSKY

МИСТЕРИОЗЕН ТРИУМФ

Волта му го демонстрира својот изум на Наполеон - Волтаичниот столб.

Луиџи Галвани (1737-1798).

Луција Галеаци, сопругата на Галвани.

Во своите експерименти, Галвани користел електрофор машина слична на оваа.

Галвани, неговата сопруга и асистент спроведуваат експеримент во нивната домашна лабораторија. А. Музи, 1862 година.

Жаба подготвена за експерименти со машина за електрофор и тегла Лајден. Цртеж од трактатот на Галвани.

Шема на експеримент за проучување на атмосферскиот електрицитет. Детекторот е нога на жаба, чиј нерв е поврзан со громобран, а мускулот е поврзан преку проводник со водата во бунарот. Цртеж од трактатот на Галвани.

Алесандро Волта (1745-1827).

Волтаичен столб кој се состои од метални дискови одделени со кругови од влажна ткаенина.

Во 1801 година, во Париз се случи впечатлив настан, кој постојано го опишуваат историчарите на науката: во присуство на Наполеон Бонапарта, беше претставена презентација на делото „Вештачки електричен орган кој имитира природен електричен орган на јагула или жила“ со демонстрација на модел на овој орган. Наполеон великодушно го награди авторот: беше доделен медал во чест на научникот и беше утврдена награда од 80.000 ЕКУ. Сите водечки научни друштва од тоа време, вклучително и Академијата на науките во Санкт Петербург, изразија желба да го видат во своите редови, а најдобрите универзитети во Европа беа подготвени да му обезбедат свои катедри. Подоцна ја добил титулата гроф и бил назначен за член на Сенатот на Кралството Италија. Името на овој човек денес е добро познато, а различни верзии на вештачки електрични органи кои имитираат природни се произведуваат во милијарди количини. Станува збор за Алесандро Волта и неговиот изум - Волтаичната колона, прототипот на сите модерни батерии и акумулатори. Каква врска има Волтаичната колона со електричните органи на рибите - повеќе за ова подоцна, но засега да обрнеме внимание на фактот дека демонстрацијата беше изведена со нагласена помпа и пред голема толпа луѓе.

Волтаичната колона наводно произведувала напон од 40-50 волти и струја помала од еден ампер. Што точно требаше да покаже Волта за да ја долови сечија имагинација? Замислете дека не сте Волта, туку вие, стоите пред Наполеон со кутија полна со најдобрите батерии и сакате да демонстрирате нешто спектакуларно со нив. Сијалиците, моторите, плеерите и слично се уште не се ни идеја. Грубо кажано, каде Волта би можел да ги стави батериите?

Електрофоричната машина беше одамна позната до тоа време; теглата Лајден беше измислена повеќе од 50 години порано. Сè што е поврзано со искри, крцкање, светлечки наелектризирани топки и истовремено скокање на голема група луѓе од електричен удар е демонстрирано повеќе од еднаш и не предизвикало ни мал дел од таквите почести и награди. Зошто триумфот падна на делот на Волтаичниот столб?

Очигледно, тајната на успехот беше тоа што Волта ги повтори пред Наполеон експериментите за оживување на отсечените членови со помош на мали количини електрична енергија. „Ги правев не само на жаби, туку и на јагули и други риби, на гуштери, саламандери, змии и уште поважно, на мали топлокрвни животни, имено глувци и птици“, напишал научникот во 1792 година, во самиот почетокот на истражувањето кое на крајот доведе до голем изум. Замислете различни отсечени делови од разни животни да лежат целосно неподвижни, како што доликува на отсечени екстремитети од кои течела животната сила. Најмал допир на Волтаичната колона - и месото оживува, трепери, се собира и трепери. Дали имало поневеројатни експерименти во историјата на науката?

Но, секој знае дека идејата за овие експерименти не му припаѓа на Волта, туку на Луиџи Галвани. Зошто не беше почестен прво, или барем покрај Волта? Причината не е дека Галвани веќе умрел до тоа време - да живеел, наградата на Наполеон најверојатно ќе му припаднела на Волта. И не се работи за Наполеон - во следните години тој не беше единствениот што ја воздигна Волта и го омаловажи Галвани. И имаше причини за тоа.

ТРАНДОТ „БАЗЕН ЗА ЖАБИ“

Од учебниците по физика, приближно е познато следново за Луиџи (или, во латинизирана форма, Алојзиус) Галвани: италијански лекар, анатом и физиолог од крајот на 18 век; Случајно налетал на феноменот наречен „Експеримент Галвани“ и не можел правилно да го објасни, бидејќи произлегувал од лажна хипотеза за постоење на некаков животински електрицитет. Но, физичарот Алесандро Волта успеа да го разбере феноменот и да создаде корисен уред врз основа на него.

Се чини дека сликата е јасна: анатом пресече жаби (што друго може да направи анатом?), случајно се сопна на фактот дека ногата се грчи под влијание на струјата и не разбра ништо - тој не е физичар, како може да ја разбере суштината на нештата. Волта, физичар, внимателно повторуваше сè, објасни сè правилно, па дури и го потврди со пракса. А тоа што анатомистот и докторот или од инает или од непромисленост продолжиле да инсистираат на своето, сосема лошо го карактеризира.

Не е јасно зошто се покажа дека човештвото толку го поддржува овој лекар што го додели неговото име на спроводливи струи, и целото поле на физиката, и уред за мерење на струјата и најважниот технолошки процес на електрохемиско таложење на метални облоги. , па дури и сегашните извори измислени од Волта. Ниту еден од најпознатите физичари - ниту Њутн, ниту Декарт, ниту Лајбниц, ниту Хајгенс, ниту миленикот на класичната физика, Џејмс Клерк Максвел - не е поврзан со толку многу термини.

Но, тука е смешната работа: кога станува збор за нефизички полиња, термините поврзани со името Галвани се доста угледни и стабилни: галванска терапија, галванска бања, галванотаксија. Ако се работи за физика, тогаш за секој галвански член има антигалвански термин: не галванометар, туку амперметар; не галванска струја, туку струја на спроводливост; не галванска ќелија, туку хемиски извор на струја. Колку е поправославен учебникот по физика, толку е помала веројатноста да се најде во него не само спомнување на научните заслуги на Галвани, туку и галванска терминологија. Официјалните власти на империјата на Сер Исак Њутн, или „еснафските луѓе“ како што ги нарече Гете, јасно му негираат државјанство на Луиџи Галвани, но некој постојано го пишува неговото име на ѕидовите на храмот на науката и потсетува на неговото постоење.

И сега ќе зборуваме за истражување спроведено речиси двесте години по објавувањето на делото на Гилберт. Тие се поврзуваат со имињата на италијанскиот професор по анатомија и медицина Луиџи Галвани и италијанскиот професор по физика Алесандро Волта.

Во лабораторијата за анатомија на Универзитетот во Булоњ, Луиџи Галвани спроведе експеримент, чиј опис ги шокираше научниците ширум светот. На лабораториска маса беа расчленети жаби. Целта на експериментот беше да се демонстрираат и набљудуваат голите нерви на нивните екстремитети. На оваа маса имало електростатска машина, со чија помош се создавала и проучувала искра. Да ги цитираме изјавите на самиот Луиџи Галвани од неговото дело „За електричните сили за време на мускулните движења“: „... Еден од моите помошници случајно многу лесно со точка ги допре внатрешните феморални нерви на жабата. Ногата на жабата остро се затресе. ” И понатаму: „... Ова е можно кога ќе се извади искра од кондензаторот на машината“.

Овој феномен може да се објасни на следниов начин. Атомите и молекулите на воздухот во областа каде што се појавува искрата се под влијание на променливо електрично поле, како резултат на тоа тие добиваат електричен полнеж и престануваат да бидат неутрални. Добиените јони и електрично наелектризираните молекули се шират на одредено, релативно кратко растојание од електростатската машина, бидејќи при движење, судирајќи се со молекулите на воздухот, тие го губат полнежот. Во исто време, тие можат да се акумулираат на метални предмети кои се добро изолирани од површината на земјата и се испуштаат ако се појави проводно електрично коло до земјата. Подот во лабораторијата беше сув, дрвен. Од земја добро ја изолирал просторијата во која работел Галвани. Предметот на кој се насобрале обвиненијата бил метален скалпел. Дури и мал допир на скалпелот до нервот на жабата довел до „празнење“ на статички електрицитет акумулиран на скалпелот, поради што ногата била повлечена без никакво механичко уништување. Во тоа време веќе беше познат феноменот на самото секундарно празнење, предизвикано од електростатска индукција.

Брилијантниот талент на експериментатор и спроведувањето на голем број разновидни студии му овозможија на Галвани да открие уште еден феномен важен за понатамошниот развој на електротехниката. Во тек се експерименти за проучување на атмосферскиот електрицитет. Да го цитираме самиот Галвани: „... Уморен... од залудно чекање... почна... да ги притиска бакарните куки заглавени во 'рбетниот мозок до железната решетка - нозете на жабата се намалија. Резултатите од експериментот, спроведен не на отворено, туку во затворен простор во отсуство на какви било работни електростатички машини, потврдија дека контракцијата на мускулот на жабата, слична на контракцијата предизвикана од искрата на електростатската машина, се јавува кога ќе се допре телото на жабата. истовремено со два различни метални предмети - жица и чинија од бакар, сребро или железо. Никој не забележал таков феномен пред Галвани. Врз основа на резултатите од набљудувањата, тој прави храбар, недвосмислен заклучок. Постои уште еден извор на електрична енергија, тоа е „животинска“ електрична енергија (поимот е еквивалентен на терминот „електрична активност на живо ткиво“). Живиот мускул, тврдеше Галвани, е кондензатор како тегла Лајден, во него се акумулира позитивна електрична енергија. Нервот на жабата служи како внатрешен „проводник“. Поврзувањето на два метални спроводници со мускул предизвикува електрична струја, која, како искра од електростатска машина, предизвикува контракција на мускулите.

Галвани експериментираше со цел да добие недвосмислен резултат само на мускулите на жабата. Можеби тоа му дозволило да предложи да се користи „физиолошка подготовка“ на нога на жаба како метар за количината на електрична енергија. Мерка за количеството електрична енергија, за чија проценка служеше сличен физиолошки индикатор, беше активноста на подигање и паѓање на шепата кога ќе дојде во допир со метална плоча, која истовремено ја допира куката што минува низ 'рбетниот мозок. на жабата и зачестеноста на подигање на шепата по единица време. Некое време, таков физиолошки индикатор го користеа дури и истакнати физичари, а особено од Георг Ом.

Електрофизиолошкиот експеримент на Галвани му овозможи на Алесандро Волта да го создаде првиот електрохемиски извор на електрична енергија, што, пак, отвори нова ера во развојот на електротехниката.

Алесандро Волта беше еден од првите што го ценеше откритието на Галвани. Тој со големо внимание ги повторува експериментите на Галвани и добива многу податоци кои ги потврдуваат неговите резултати. Но, веќе во неговите први написи „За животинската електрична енергија“ и во писмото до д-р Боронио од 3 април 1792 година, Волта, за разлика од Галвани, кој ги толкува набљудуваните феномени од гледна точка на „животинската“ електрична енергија, ги истакнува хемиските и физичките феномени. Волта ја утврдува важноста за користење на различни метали (цинк, бакар, олово, сребро, железо) за овие експерименти, меѓу кои се става крпа натопена во киселина.

Еве што пишува Волта: „Во експериментите на Галвани, изворот на електрична енергија е жаба. Меѓутоа, што е жаба или кое било животно воопшто? Прво, тоа се нервите и мускулите, а тие содржат различни хемиски соединенија. нервите и мускулите на расчлената жаба се комбинираат со два различни метали, тогаш кога ќе се затвори таквото коло се појавува електричен ефект.Во мојот последен експеримент учествуваа и два различни метали - тоа се станиол (олово) и сребро, а улогата на течноста ја играше плунката на јазикот.Со затворање на колото со поврзувачка плоча, создадов услови за континуирано движење на електричната течност од едно место до друго. во течност слична на плунка? Каква врска има „животинскиот“ електрицитет?

Експериментите спроведени од Волта ни овозможуваат да го формулираме заклучокот дека изворот на електричното дејство е синџир од различни метали кога ќе дојдат во контакт со влажна крпа или крпа натопена во киселински раствор.

Во едно од писмата до неговиот пријател, докторот Васаги (повторно пример за интересот на докторот за електрична енергија), Волта напишал: „Одамна сум убеден дека целото дејство доаѓа од металите, од чиј контакт влегува електричната течност. влажно или водено тело.Врз оваа основа, верувам дека самиот има право да ги припише сите нови електрични феномени на металите и да го замени името „животинска електрична енергија“ со изразот „метален електрицитет“.

Според Волта, нозете на жабата се чувствителен електроскоп. Се појави историски спор помеѓу Галвани и Волта, како и меѓу нивните следбеници - спор за „животинска“ или „метална“ електрична енергија.

Галвани не се откажа. Тој целосно го исклучил металот од експериментот, па дури и сецирал жаби со стаклени ножеви. Се испостави дека дури и со таков експеримент, контактот на феморалниот нерв на жабата со неговиот мускул довел до јасно забележлива, иако многу помала, контракција отколку со учество на метали. Ова беше прво снимање на биоелектрични феномени на кои се заснова модерната електродијагностика на кардиоваскуларните и голем број други човечки системи.

Волта се обидува да ја разоткрие природата на откриените необични појави. Тој јасно си го формулира следниот проблем: „Која е причината за појавата на електрична енергија?“ Се запрашав на ист начин како што секој од вас би го направил тоа. Рефлексиите ме доведоа до едно решение: од контакт на два различни метали на пример, сребро и цинк, рамнотежата на електричната енергија кај двата метали е нарушена.На местото на допир на металите, позитивниот електрицитет се насочува од сребро кон цинк и се акумулира на вториот, додека негативниот електрицитет е концентриран на среброто. значи дека електричната материја се движи во одреден правец.Кога ги поставив плочите од сребро и цинк една врз друга без меѓупростори, односно цинковите плочи беа во допир со сребрените, тогаш нивниот целокупен ефект се сведе на нула. За да се подобри електричниот ефект или да се сумира, секоја цинкова плоча треба да се доведе во контакт само со едно сребро и последователно да се додаде најголемиот број на парови. Ова се постигнува токму со поставување на влажно парче ткаенина на секоја цинкова плоча, со што се одвојува од сребрената плоча на следниот пар.“ Голем дел од она што го кажа Волта не го губи своето значење дури и сега, во светлината на современите научни идеи.

За жал, овој спор беше трагично прекинат. Војската на Наполеон ја окупираше Италија. Бидејќи одбил да се заколне на верност на новата влада, Галвани го изгубил столот, бил отпуштен и набрзо починал. Вториот учесник во спорот, Волта, доживеа да го види целосното признавање на откритијата на двајцата научници. Во историски спор и двајцата беа во право. Биологот Галвани влезе во историјата на науката како основач на биоелектрицитетот, физичарот Волта - како основач на електрохемиските струјни извори.

Општо е прифатено дека откритијата на Галвани, кои направија епоха во развојот на доктрината за електрична енергија, беа плод на случајноста. Ова мислење веројатно се заснова на воведните зборови на трактатот Галвани:„Ја исеков и расчленав жабата... и значи нешто сосема друго,го стави на масата на која беше електричен автомобил...Еден од моите помошници, со врвот на скалпелот, случајно многу лесно ги допре внатрешните феморални нерви на оваа жаба... Друг забележа... дека тоа успева кога ќе се извади искра од спроводникот на машината... Изненаденнов феномен, веднаш ми го привлече вниманието на тоа, иако планирав нешто сосема друго и бев впиен во мислите“.

Сепак, несреќата на откритието беше многу безначајна, истиот Галвани или некој друг сигурно ќе дојдеше до откривање на феноменот. Не случајно Галвани имал електрична машина, исто како што не случајно смислил некаков експеримент со дрога. Несомнено е дека идеите на француските материјалисти за материјалноста на менталните процеси ја поттикнаа научната мисла да ја открие, пред сè, физичката природа на сензацијата и успесите постигнати од физиолозите, микроскопите и хемичарите во разбирањето на важните животни процеси како што е крвта. циркулацијата, варењето и дишењето ги стимулираа таквите пребарувања. Проучувањето на електричните феномени, кои веќе донесоа громови и молњи од височините на земјата, обезбеди материјал за заклучок за важната улога на електричната енергија во биологијата. Контракцијата на мускулите за време на електрично празнење („електричен удар“) ја изнесе идејата дека во однесувањето на електричните жила, јагули и сом имаме работа и со електричен удар. И, навистина, експериментите на Џон Волш (Волш)И Ларошелја докажаа електричната природа на ударот на жицата и анатом Ловецдал точен опис на електричниот орган на ова животно. Истражување ВолшИ Гинтербеа објавени во „Фил. Транс“.во 1773. Случајно откритие на филозоф Сулцерво 1752 година, тој опиша дека допирањето на врвот на јазикот на два различни метали предизвикува чудна сензација на кисел вкус, бидејќи авторот го почувствувал научниот интерес на ова откритие во ерата на проучување на дејството на физичките дразби. Меѓу овие физички дразби, електричната енергија го заземала првото место, а практичната медицина полагала големи надежи на електричните методи на лекување.

Степенот на интерес за електричните методи на лекување може да се процени, на пример, со писмо МаратаДо Руму де Сен Лоранод 9 ноември 1783 година, во која известува за неговите физички истражувања и односот на Академијата кон тоа. Од писмото и документите приложени кон него, инаку, јасно е дека докторот и физичар Марат, идниот познат „пријател на народот“, успешно користел физички методи на лекување и развил интересен метод за експериментално истражување на природата на огнот, светлината и електричната енергија. Експериментите на Марат привлекоа големо внимание, вклучително и од личности како Френклин. Особено за прашањето за електромедицината, Марат во ова писмо зборува за неговата намера „да се занимава со електрична енергија во областа на медицината, наука која е толку е многу заинтересиран за општеството“. Критикувајќи го наградуваното дело на Абе Бертелон, кој „ја претставува електрификацијата како универзален лек за сите болести“, Марат известува за неговата работа, која доби награда од Академијата Руан, која предложи тема на натпреварот: „Да се ​​одреди степенот и услови под кои може да се смета на електрична енергија во лекувањето на болестите“. Како што можеме да видиме, интересот за електромедицината во ерата на Галвани бил значаен.

Писмото на Марат, во кое тој ја обвинува академијата за невнимание на неговите научни заслуги, е интересно и од друга страна. Техниката на набљудување развиена од Марат во темна просторија овозможи, според него, да се види материјата на оган и електрична енергија, да се набљудува дифракција на рабовите на призмата. Овие идеи на Марат се несомнено ехо на неговата фасцинација со различни „течности“, вклучително и психички течности. Академијата, која не најде можно да ги потврди експериментите на Марат, беше принудена да формира авторитетна комисија за да ги потврди експериментите на озлогласениот шарлатан Месмер. Месмер, кој пристигнал во Париз во 1771 година, паметно ги користел модерните научни теории за огнени, електрични, магнетни и други течности и тврдел дека открил нов тип на суптилен агенс - „животински магнетизам“. „Животинскиот магнетизам“, рече Месмер, „може да се акумулира, концентрира и да се пренесе без помош на средни тела; се рефлектира како светлина...“ Се подразбира дека „животинскиот магнетизам е универзален лек и спасител на човечкиот род“. Месмер имаше голем успех, неговите обожаватели собираа огромни суми пари за него, ги прогонуваа противниците на хипнотизмот додека не го нападнаа Бертоле; кралот му понудил доживотна пензија од 20 илјади франци за откривање на тајната.

По неговото заминување од Франција, беше формирана владина комисија составена од четворица лекари и академици - Лерој, Бори, Лавоазие и Бејли. Баили поднесе извештај до комисијата во август 1784 година. Овој извештај побуди протести и приговори од месестрите, бидејќи комисијата, по внимателна анализа на фактите, дојде до заклучок дека постојан застапник не постои и дека случаите на излекување на Нервните трансови од него потекнуваат од имагинацијата. Општо земено, извештајот на комисијата не зборува за неможноста на животинскиот магнетизам; таквата хипотеза не беше во спротивност со научните ставови од тоа време, но не откри непроменетдејствија во фактите што ги потврдила, и затоа навела отсуство на физички агент во овие факти.

Така, до моментот кога Галвани ги започнал своите експерименти (1786), немало недостиг на обиди за физичко толкување на менталните и физиолошките појави. Практичната медицина ги извлече своите заклучоци од успесите на природните науки и од научните погледи на ерата; теренот беше целосно подготвен за појавата на доктрината за животинска електрична енергија.

Не е изненадувачки што професорот по анатомија и медицина на Универзитетот во Болоња Луиџи Галвани(роден на 19 септември 1737 година, почина на 4 декември 1798 година) беше невообичаено воодушевен од набљудувањето на неговите колеги, со чиј опис започнува неговата позната расправа „За силите на електричната енергија во мускулното движење“. Како што подоцна со право истакна Волта, во самиот факт на треперење на шепата на расчлената жаба при електрично празнење, немаше ништо ново од физичка гледна точка: ова е феномен на електрична индукција, имено феноменот на т.н. наречен повратен удар, расклопен Магонво 1779 година. Но Галвани не му пристапи на фактот не како физичар, туку како физиолог; тој беше заинтересиран за способноста на мртвиот лек да покажува витални контракции под влијание на електричната енергија.

Тој ја истражувал оваа способност со најголемо трпение и вештина, проучувајќи ја нејзината локализација во подготовката, условите на ексцитабилност, дејството на различните форми на електрична енергија и особено атмосферскиот електрицитет. Класичните експерименти на Галвани го направија татко на електрофизиологијата, чија важност во наше време е тешко да се прецени. Но, Галвани, додека го проучувал ефектот на атмосферата врз лекот, дошол до извонредно откритие. Залудно чекајќи контракција на мускулите на ведро време, тој „уморен... од залудно чекање... почна да ги притиска бакарните куки заглавени во 'рбетниот мозок до железната решетка“ * ... „Иако јас“, вели тој понатаму, „често забележани кратенки, но ниту една не соодветствуваше на промената на состојбата на атмосферата и струјата...Кога го префрлив животното во затворена просторија, го ставив на железна плоча и почнав да притискам на него кука помината низ 'рбетниот мозок, се појавија истите контракции, истите движења.“ Оттука Галвани, откако изврши серија експерименти, доаѓа до заклучок за постоење на нов извор и нов вид на електрична енергија.Овој заклучок е доведен до овој заклучок со експериментите на изградба на затворено коло од спроводливи тела и метали и препарат од жаба.Следниот експеримент е особено ефективен : „Ако со прстите за една нога држите закачена жаба, така што куката што минува низ 'рбетниот мозок би допрела некоја сребрена плоча, а другата шепа може слободно да ја допре истата плоча, тогаш штом оваа шепа ја допре наведената плоча, мускулите веднаш почнуваат да се контрахираат. Во исто време, стапалото се крева и се крева и потоа, повторно паѓајќи на плочата, во исто време доаѓа во контакт со вториот, повторно од истата причина се крева нагоре, и на тој начин продолжува наизменично да се крева и паѓа, така што оваа нога, во не мала мера, восхитот и радоста на оние што ја гледаат почнува, се чини, да се натпреварува со некакво електрично нишало“.

* (Во оригиналната приказна на Галвани (види Розенбергер, П) не се спомнуваат бакарни куки и се појавија подоцна во неговиот трактат, од кој е цитиран извадокот што го цитиравме.)

Во таква сложена форма, откриен е нов извор на електрична енергија, создавајќи долготрајно празнење во спроводливо затворено коло. Природно, физиологот Галвани не можеше ни да ја признае идејата дека причината за феноменот лежи во контактот на различни метали и сугерираше дека мускулот е еден вид батерија од тегли од Лајден, континуирано возбудена од дејството на мозокот, што е се пренесува преку нервите.

Теоријата на животинскиот електрицитет даде основа за практична електромедицина, а откритието на Галвани создаде сензација. Меѓу ревносните приврзаници на новата теорија беше и познатиот Волта, кој веднаш започна со тестирање и темелно квантитативно проучување на феноменот. Тој го презеде ова истражување целосно вооружен со модерна електрометриска технологија. Во неговите први написи („За животинската електрична енергија“, писмо до д-р Баронио од 3 април 1792 година и две статии „За животинската електрична енергија“, објавени во Physico-Medical Journal на Brunvelli), Волта го дели гледиштето на Галвани. Меѓутоа, веќе овде е наведено идното отстапување од оваа теорија; физичките аспекти на ефектот се изведени на прв план. Како прво, Волта утврдува дека правилно расчлената жаба претставува, така да се каже, животински електрометар, неспоредливо почувствителен од кој било друг најчувствителен електрометар.

Тогаш Волта ја одредува важноста контакт на различни метали.„Таква разлика во металите е апсолутно неопходна; ако двете плочи се направени од ист метал, тогаш следува дека тие се разликуваат, барем во начинот на нивната примена...“ (т.е. во состојбата на контактната површина) . Волта понатаму покажува дека струјата на електричната течност е предизвикана од контакт на различни метали и може да предизвика не само мускулни контракции, туку и други нервни иритации. Конкретно, Волта го повторува експериментот на Сулцер (сеуште не знаејќи дека овој експеримент е веќе спроведен) и го привлекува вниманието на „дека овој вкус продолжува да се чувствува, па дури и се интензивира во текот на целото време додека овие два метали, калај и сребро, остануваат врзани. еден до врвот јазик, другиот до другите делови на вториот и додека тие се во контакт едни со други, формирајќи некој проводен лак. Ова докажува дека транзицијата на електричната течност од едно место на друго се случува постојано и непрекинато“.Конечно, Волта се поставува поларитетефект: менувањето на чиниите на места предизвикува промена на вкусот од кисел во алкален. Во светлината на овие факти, мускулната теорија на Лејден тегла на Волта изгледа неодржлива.

Во следните написи: „Опис на откритијата на Галвани“ (две писма до член на Кралското друштво - Кавало), „Трета статија за животинската електрична енергија“ (писмо до проф. Алдини, внук на Галвани) и „Нова статија за животинската електрична енергија“ ( три писма до Васали - професор на Универзитетот во Торино), Волта целосно ја раскинува теоријата за животинскиот електрицитет и дава физичка интерпретација на ефектот. Во своето второ писмо до Кавало, Волта пишува: „... Открив нов, многу извонреден закон, кој всушност не се однесува на животинската електрична енергија, туку на редовна електрична енергијабидејќи оваа транзиција на електричната течност, транзиција која не е моментална, како што би било празнење, но постојанаи продолжува сè додека се одржува комуникацијата помеѓу двете плочи, се одвива без разлика дали оваа плоча се применува на живи или мртви животински материи или на други не метални, туку добри спроводници, како што се, на пример, вода или тела навлажнети со неа“.И Волта директно го започнува своето прво писмо до Васали (од 10 февруари 1794 година) со прашањето: „Што мислите за таканаречениот животински електрицитет? Што се однесува до мене, јас одамна сум убеден дека сите активности првично произлегуваат од контактот на металите со некои влажни телото или самата вода“.

Физиолошките иритации на нервите се резултат на минлива струја, а овие иритации се „колку посилни, толку подалеку се оддалечени двата метали кои се користат еден од друг во серијата во која ги сместивме овде: цинк, лимена фолија, обичен калај. во чинии, олово, железо, месинг и разни квалитети на бронза, бакар, платина, злато, сребро, жива, графит“. Овој познат опсег на напонВолта и законот за напон што тој го откри го формираат јадрото на целиот ефект. Животинските органи, според Волта, „се чисто пасивни, едноставни, многу чувствителни електрометри и не се тие активни, туку металите, т.е. од контактот на вториот се јавува почетниот импулс на електричната течност, во еден збор, дека таквите метали не се едноставни спроводници или предаватели на струја, туку вистински мотори на електрична енергија...“. Во една од белешките на овој напис, Волта повторно нагласува дека дошол до идејата за контактен напон пред повеќе од три години и веќе во 1793 година ја дал својата серија метали.

Така, суштината на ефектот лежи, според Волта, во својството на проводниците „да предизвикуваат и покренуваат електрична течност каде што неколку такви проводници од различни класи и сорти се среќаваат и доаѓаат во контакт еден со друг“.

„Оттука, излегува дека ако три или повеќе од нив, а згора на тоа, различни, заедно сочинуваат спроводно коло, ако, на пример, помеѓу два метали - сребро и железо, олово и месинг, сребро и цинк итн. - еден или повеќе спроводници, токму од онаа класа што се нарекува класа на влажни спроводници, бидејќи претставуваат течна маса или содржат одредена влага (меѓу нив се вклучени и животинските тела и сите нивни свежи и сочни делови), ако, велам, проводник од оваа втора класа е во средина и доаѓа во контакт со два спроводници од прва класа направени од два различни метали, па како резултат на тоа се јавува постојана електрична струја во една или друга насока, во зависност од која страна е ефектот врз него. посилно како резултат на таквиот контакт“.

Толку јасно и јасно Волта ги формулираше условите за појава на директна струја: присуство на затворено коло од различни проводници, а барем еден мора да биде проводник од втора класа и да биде во контакт со различни проводници од прва класа. Кога галванистите се спротивставија на експериментите во кои движењата на мускулите беа возбудени од лак на хомоген спроводник и дури, како во експериментите на Вали, со контакт на разни препарати без метален проводник, Волта истакна дека во овие експерименти има хетерогеност. Краевите на еден спроводен лак се различни, речиси е невозможно да се постигне нивната целосна хомогеност; разлики во контактите може да се појават и кога ќе дојдат во контакт различни проводници од втората класа. „... Неметални спроводници, течни спроводници или кои донекаде содржат влага, оние што ги нарекуваме спроводници од втора класа, а тие сами, комбинирани едни со други, ќе бидат патогени,како метали, или спроводници од прва класа во комбинација со спроводници од втора класа...“.

Во иднина, Волта, за да ги отстрани сите сомнежи за не физиолошката, туку чисто физичката суштина на материјата, ги исклучува животинските препарати, кои дотогаш служеле како показатели за струјата. Тој развива метод за мерење на разликите на контактните потенцијали со неговиот кондензаторски електрометар. Волта ги пријавил овие класични експерименти во писмо до Грен во 1795 година и Алдини во 1798 година.

На 20 март 1800 година, Волта го напиша своето познато писмо до Бенкс во кое го опишува својот столб, изум кој навистина ја револуционизира науката за електрична енергија. Во писмото до Барт од 29 август 1801 година, Волта го известува законот за напон што го нашол за проводниците од прва класа . На 7 и 21 ноември 1801 година, во Париз, тој одржа две предавања за неговиот столб и законот на стресот. Првиот извештај за овие предавања беше објавен од Пфаф во том IX од Анали на Хилберт за 1801 година, вториот од Био во том X од истите Анали. Така заврши историјата на извонредното откритие и, во исто време, историјата на научната активност на Галвани и Волта *.

* (Александар Волтароден во Комо на 19 февруари 1745 година. Од 18-годишна возраст се допишува со Ноле за прашања од физиката, а во својата деветнаесетта година напишал латинска песна за современите физички и хемиски откритија. Првото дело во 1764 година беше посветено на теглата Лајден, следното дело во 1771 година беше „Емпириски студии на методи за возбудлива електрична енергија и подобрување на дизајнот на машината“. Од 1774 година - учител по физика во Комо. Во 1777 година измислил електрофор, потоа кондензатор и електрофор со кондензатор. Додека истражувал запалив гас, тој измислува електричен пиштол, водородна светилка и еудиометар. Од 1777 година - професор по физика во Павија. Во 1793 година тој беше ангажиран во експерименти за проширување на гасови. Во осумдесеттите тој ја измислува сондата за пламен. За пронајдокот на столбот добил награда од Наполеон и бил избран за член на Институтот. По неговиот познат изум, тој се повлече од научната работа и дури во 1817 година објави две студии за град и периодичноста на грмотевици. Во 1819 година ја напуштил својата професорска функција. Починал на 5 март 1827 година, на истиот ден со Лаплас.)

Природата на откриениот ефект беше многу сложена, а на тогашното ниво на физички, хемиски науки и физиологија, беше невозможно да се открие сликата на феноменот. Во спорот за природата на феноменот, двете страни во суштина беа во право. Галвани стана основач на електрофизиологијата, а Волта стана основач на доктрината за електрична енергија. Во лавиринтот на контрадикторни експерименти и набљудувања, Волта го пронашол вистинскиот пат, го пронашол експерименталниот физички закон за напоните и го дал точниот опис на колото на електричната струја. Сè уште имаше големи дебати за прашањето за причината и природата на контактната потенцијална разлика, но веќе немаше никаков сомнеж за нејзиното постоење, а во волтаичната колона науката доби моќна истражувачка алатка, која не беше бавна да ја користи. .

До крајот на 18 век, физичарите кои ги проучувале електричните феномени имале на располагање само извори на статички електрицитет - парчиња килибар, топчиња од стопен сулфур, машини за електрофор, тегли Лајден. Многу научници експериментирале со нив, почнувајќи од англискиот физичар и лекар Вилијам Гилберт (1544–1603). Имајќи на располагање такви извори, беше можно да се открие, на пример, законот на Кулон (1785), но беше невозможно да се открие дури и Омовиот закон (1826), а да не ги спомнуваме законите на Фарадеј (1833). Бидејќи акумулираното статичко полнење беше мало и не можеше да обезбеди струја која трае најмалку неколку секунди.

Ситуацијата се променила по работата на професорот по медицина на Универзитетот во Болоња, Луиџи Галвани (1737–1798), кој открил, како што верувал, „животинска електрична енергија“. Неговиот познат трактат беше наречен „За силите на електричната енергија во мускулното движење“. Во некои од експериментите на Галвани, се случи првиот прием на радио бранови во светот. Генераторот беа искри од машина за електрофор, приемната антена беше скалпел во рацете на Галвани, а ресиверот беше жаба нога. Асистентот на Галвани спроведе експерименти со електрична машина на одредено растојание од расчлената жаба. Во исто време, сопругата на Галвани, Лусија забележала дека нозете на жабата се собираат токму во моментот кога во машината скокна искра, така што улогата и на случајноста и на набљудувањето е видлива.

Италијанскиот физичар Алесандро Џузепе Антонио Анастасио Волта (1745–1827) се заинтересирал за експериментите на Галвани. Тој веќе бил познат научник: во 1775 година дизајнирал смола електрофор, односно открил електрични супстанции, во 1781 година - чувствителен електроскоп, а малку подоцна - кондензатор, електрометар и други инструменти. Во 1776 година, тој ја открил и електричната спроводливост на пламенот, а во 1778 година, за прв пат, добил чист метан од гасот што го собирал во мочуриштата и покажал способност да го запали од електрична искра. Волта најпрво беше жесток поддржувач на теоријата на Галвани за „животинска електрична енергија“. Но, неговото сопствено повторување на неговите експерименти го убеди Волта дека експериментите на Галвани треба да се објаснат на сосема поинаков начин: ногата на жабата не е извор, туку само примач на електрична енергија. Изворот се различни метали кои се допираат еден со друг. „Металите не се само одлични спроводници“, напиша Волта, „туку и мотори на електрична енергија“.

Ова беше клучната изјава што овозможи да се создадат галвански ќелии, батерии и акумулатори кои не опкружуваат од сите страни и во текот на нашиот живот. Принципот на нивното функционирање е опишан во училишниот учебник, и тоа многу подетално отколку што е потребно за понатамошна дискусија. Суштината е едноставна: во спроводен медиум (електролит) има два различни проводници (електроди), кои реагираат со него на таков начин што се наполнети со спротивни полнежи. Ако ги поврзете овие електроди (анода и катода) со надворешен проводник (оптоварување), струјата ќе почне да тече низ него.

Приговарајќи се на Галвани, Волта прво се ослободи од жабата, заменувајќи ја со својот јазик. На пример, ставил златна или сребрена паричка на јазикот, а бакарна под јазикот. Штом две парички се поврзаа со парче жица, веднаш се почувствува кисел вкус во устата, познат на секој што ги пробал контактите на батеријата на батериската ламба на јазикот. Тогаш Волта целосно ја исклучи „животинската електрична енергија“ од експериментите, користејќи само инструменти во неговите експерименти.

Остана уште еден чекор до пронајдокот во 1800 година на првиот постојан извор на електрична струја. Ова се случи кога Волта поврза парови цинк и бакарни плочи во серија, одделени со разделници од картон или кожа, кои беа натопени во алкален раствор или солена вода. Овој дизајн беше наречен „волтаичен столб“ по пронаоѓачот. Дизајнот беше тежок, течноста беше исцедена од дихтунзите, па Волта ја замени со чаши со киселински раствор, во кои беа потопени ленти или кругови од цинк и бакар (или сребро). Чашите беа поврзани во серија, а за да ги држат терминалите на батеријата блиску, Волта ги постави своите поединечни елементи во круг. Овој дизајн беше наречен „Волтичка круна“ поради неговата форма.

По неговото откритие, Волта изгуби интерес за тоа и се повлече од научната работа, оставајќи ги другите научници да ја развијат доктрината за електрична енергија. Но, придонесот на Алесандро Волта во проучувањето на електричната енергија е толку значаен што единицата за напон е именувана по него. И кога Наполеон виде во библиотеката на Академијата на науки слика на ловоров венец со натпис „До Големиот Волтер“, избриша неколку букви, па испадна: „До Големата Волта“. Волтаичната колона и нејзините варијации им овозможија на бројни научници да спроведат експерименти со долготраен извор на директна струја. Токму со ова откритие започна ерата на електричната енергија. Веројатно најентузијастичкиот преглед на откритието на Волта го остави неговиот биограф, францускиот физичар Доминик Франсоа Араго (1786–1853): „Колона составена од кругови од бакар, цинк и влажна ткаенина. Што да очекувате априори од ваква комбинација? Но, оваа колекција, чудна и навидум неактивна, оваа колона од различни метали одделени со мала количина течност, претставува проектил попрекрасен од кој човекот никогаш не измислил, дури ни телескопот и парната машина“.

„Огромни батерии“

Волта постапи многу мудро испраќајќи му писмо во март 1800 година до Џозеф Бенкс (1743–1820), претседател на Кралското друштво во Лондон, водечкиот научен центар во тоа време. Во писмото, Волта ги опишал различните дизајни на неговите извори на електрична енергија, кои ги нарекол галвански во спомен на Галвани. Бенкс бил ботаничар, па им го покажал писмото на своите колеги - физичарот и хемичар Вилијам Николсон (1753–1815) и лекарот и хемичарот, претседателот на Кралскиот колеџ за хирурзи Ентони Карлајл (1768–1842). И веќе во април, според описот на Волта, тие направија батерија од 17, а потоа и од 36 сериски поврзани кругови од цинк и монети со половина круна, кои потоа беа направени од сребро од 925 степени. Помеѓу нив беа ставени картонски влошки натопени во солена вода.

За време на експериментите, Николсон открил ослободување на меурчиња со гас во близина на контактот на цинкот и бакарниот проводник. Тој утврдил дека тоа е водород - и по неговиот мирис, бидејќи водородот добиен со растворање на цинк во киселини или алкалии често има мирис. Цинкот обично содржи мешавина од арсен, кој се намалува на арсин, а производите на неговото распаѓање мирисаат на лук. Во септември 1800 година, германскиот физичар Јохан Ритер (1776–1810) го собрал гасот ослободен за време на електролизата на водата од друга електрода на батеријата и покажал дека тоа е кислород. Истата година, англискиот хемичар Вилијам Крујкшанк (1745–1800) постави цинк и бакарни плочи во хоризонтална долга кутија - додека беше лесно да се заменат потрошените (полурастворени и покриени со производи на реакција) цинкови електроди. Кога не се користи, електролитот бил исцеден од кутијата за да не се троши цинк. Cruickshank користел раствор на амониум хлорид како електролит, а потоа разредена киселина. Фарадеј препорача мешавина од слаби (1-2%) раствори на сулфурна и азотна киселина. Со овој електролит, цинкот полека се раствора, ослободувајќи мали меурчиња од водород. Водородот беше ослободен и на бакарната анода, а ембрионот на една батерија беше само 0,5 V.

Еволуцијата на водородот на цинкот е поврзана со поларизацијата на оваа електрода, што го зголемува внатрешниот отпор и го намалува потенцијалот на елементот. За да се спречи овој феномен, британскиот физичар и електроинженер Вилијам Старџен (1783–1850), творец на првиот електромагнет, споени цинкови плочи. Во 1840 година, англискиот лекар Алфред Сми (1818-1877) ја замени бакарната електрода со сребрена електрода обложена со груб слој од платина. Ова го забрза ослободувањето на водородни меури од растворот и го зголеми емф. Таквите батерии беа широко користени во технологијата на галванизација. Така, во катедралата Свети Исак во Санкт Петербург се направени скулптури со методот на галванизација. Методот на производство на електролитски копии во метал беше развиен од Санктпетербуршкиот академик Мориц Херман (Борис Семенович) Јакоби во 1838 година, токму за време на изградбата на катедралата. Можете да прочитате повеќе за оваа техника на веб-страницата „Библиотека со книги за скулптура“.

Една од најдобрите батерии во своето време ја составил познатиот англиски лекар и хемичар Вилијам Хајд Воластон (Wallaston, 1766–1828), познат по откривањето на паладиум и родиум, како и технологијата за производство на најдобрите метални нишки кои биле се користи во чувствителни инструменти. Во секоја ќелија, цинкова електрода беше опкружена од три страни со бакарна електрода со мала празнина преку која се испуштаа водородни меури во воздухот.

Познатиот англиски физичар Хемфри Дејви (1778–1829) прв направил експерименти со батерија што му ја дал самиот Волта; потоа почнал да произведува сè помоќни по свој дизајн - од бакарни и цинкови плочи одделени со воден раствор на амонијак. Неговата прва батерија се состоела од 60 такви елементи, но неколку години подоцна составил многу голема батерија, која веќе се состои од илјада елементи. Со помош на овие батерии тој за прв пат успеал да добие метали како литиум, натриум, калиум, калциум и бариум, а во форма на амалгам - магнезиум и стронциум.

Една од најголемите батерии била создадена во 1802 година од физичарот и електроинженер Василиј Владимирович Петров (1761–1834). Неговата „огромна батерија“ од 4.200 бакарни и цинкови плочи со големина „еден и пол инчи“ се наоѓала во тесни дрвени кутии. Целата батерија беше составена од четири реда, секој долг околу 3 m, поврзани во серија со бакарни држачи. Теоретски, таква батерија може да произведе напон до 2500 V, но во реалноста дала околу 1700. Оваа џиновска батерија му овозможила на Петров да спроведе многу експерименти: тој разложувал различни супстанции со струја, а во 1803 година создал електричен лак за прв пат во светот. Со негова помош, беше можно да се стопат метали и светло да се осветлат големите простории. Сепак, одржувањето на оваа батерија беше исклучително трудоинтензивно. За време на експериментите, плочите оксидирале и морале редовно да се чистат. Покрај тоа, еден работник може да исчисти 40 чинии за еден час. Работејќи по 8 часа на ден, овој работник сам би потрошил најмалку две недели подготвувајќи ја батеријата за следните експерименти.

Веројатно најнеобичната напонска ќелија ја направил германскиот хемичар Фридрих Волер (1800–1882). Во 1827 година, со загревање на алуминиум хлорид со калиум, тој добил метален алуминиум - во форма на прав. Му биле потребни 18 години за да добие алуминиум во форма на ингот. Во елементот Wöhler, двете електроди беа направени од алуминиум! Покрај тоа, еден беше потопен во азотна киселина, а другиот во раствор на натриум хидроксид. Садовите со раствори биле поврзани со мост со сол.

Даниел, Лекланш и други

Основата на современите галвански ќелии била развиена во 1836 година од Џон Фредерик Даниел (1790–1845), англиски физичар, хемичар и метеоролог (тој исто така измислил мерач на влажност - хигрометар). Даниел успеа да ја надмине поларизацијата на електродите. Во неговиот прв елемент, парче од хранопроводникот на бик исполнет со разредена сулфурна киселина со цинкова прачка во средината беше вметната во бакарен сад што содржи раствор од бакар сулфат. Фарадеј предложи да се изолира цинкот со хартија за завиткување, чии пори би можеле да овозможат и јони на електролит да минуваат низ. Но, Даниел почнал да користи порозен глинен сад како дијафрагма. Забележете дека уште во 1829 година, Антоан Сезар Бекерел (1788-1878), дедо на попознатиот Антоан Анри Бекерел, кој ја открил радиоактивноста и ја споделил со Кириите во 1903 година, експериментирал со бакарни и цинкови електроди потопени во раствори на бакар нитрат и цинк. сулфат, соодветно, уште во 1829 година. Нобеловата награда за физика. Елементот на Даниел долго време произведувал стабилен напон од 1,1 V. За овој изум, Даниел ја добил највисоката награда на Кралското друштво - Златниот медал Копли. Во текот на изминатите 180 години, се појавија многу модификации на овој елемент; во исто време, нивните програмери пробаа различни начини да се ослободат од порозниот сад.

Со доаѓањето на телеграфските линии, се појави потреба за попогодни и поевтини извори на струја, без порозни прегради, со еден електролит и со долг работен век. Во 1872 година, елементот Даниел беше заменет со нормалниот елемент на Џосија Латимер Кларк (1822–1898): позитивна електрода - жива, негативна - 10% цинк амалгам, емф 1,43 V. А во 1892 година беше заменет со елементот жива-кадмиум на Едвард Вестон (1850–1936) со емф од 1,35 V. Неговата модификација, наречена нормален Вестон елемент, сè уште се користи како напонски стандард - при мали оптоварувања дава високостабилен напон во опсег од 1,01850–1,01870 V, познат со точност до петтиот знак.

Една верзија на елементот Даниел, која немала порозен септум, била развиена во 1859 година од германскиот физичар и пронаоѓач Хајнрих Мајдингер (1831–1905). На дното на садот има бакарна електрода и кристали од бакар сулфат (тие доаѓаат од инката), цинковата електрода е фиксирана на врвот. Тежок заситен раствор на бакар сулфат останува во долниот дел: дифузијата на бакарни јони до цинковата електрода се спротивставува со испуштањето на овие јони за време на работата на елементот, а границата помеѓу растворите се истакнува многу остро. Оттука и името на изворите од овој тип - гравитациски елемент. Мејдингеровиот елемент може да работи континуирано неколку месеци без одржување или додавање реагенси. Овој елемент беше широко користен во Германија од 1859 до 1916 година како извор на енергија за железничката телеграфска мрежа. Слични извори постоеле во Франција и САД - под името Кало и Локвуд елементи. Елементот предложен во 1839 година од англискиот физичар и хемичар Вилијам Роберт Гроув (1811–1896) имаше добри карактеристики. Електродите во него беа цинк и платина, одделени со порозна преграда и потопени, соодветно, во раствори на сулфурна и азотна киселина.

Роберт Вилхелм Бунсен (1811–1899), познат по своите откритија и пронајдоци (спектрална анализа, горилник, итн.), ја замени скапата платина електрода со пресуван јаглерод. Јаглеродните електроди се присутни и во модерните батерии, но во Бунсен тие беа потопени во азотна киселина, која игра улога на деполаризатор (сега тие се манган диоксид). Елементите на Бунзен се широко користени во лабораториите долго време. Тие би можеле да обезбедат, иако за кратко време, голема струја. Бунзенските елементи, на пример, ги користел младиот Чарлс Мартин Хол (1863–1914), кој го открил електролитичкиот метод за производство на алуминиум. Многу такви ќелии беа поврзани за да формираат батерија; Во исто време, за 1 g изолиран алуминиум беа потребни речиси 16 g цинк! Францускиот хемичар и пронаоѓач Едме Хиполит Мари-Дејви (1820–1893) ја замени азотна киселина во елементот Бунсен со паста од жива(I) сулфат и сулфурна киселина; Електролитот беше раствор од цинк сулфат. Во 1859 година, беше направена споредба на батерија од 38 од овие ќелии (emf од секоја 1,4 V) со батерија од 60 Даниел ќелии. Првиот работеше 23 недели, вториот - само 11. Сепак, високата цена и токсичноста на солите на жива спречи широка употреба на такви елементи.

Германскиот физичар Јохан Кристијан Погендорф (1796–1877) користел раствор од калиум дихромат во сулфурна киселина како деполаризатор во неговиот елемент. Погендорф е познат како издавач на списанието Annalen der Physik und Chemie- Оваа функција ја извршуваше 36 години. Елементот Poggendorff произведе највисок EMF (2,1 V) и за кратко време - висока струја. Важна предност беше можноста да се отстрани цинковата електрода од растворот со цел да се исчисти или замени.

Ворен де ла Ру (1815-1889), кој прв ги фотографирал Месечината и Сонцето, составил голема батерија од 14 илјади ќелии во 1868 година. Електродите во нив беа сребро обложени со сребро хлорид и споен цинк, а електролитот беше раствор од натриум хлорид, цинк хлорид или калиум хидроксид. Клетките од цинк-сребро хлорид сè уште се користат и денес; тие се чуваат суви и се активираат со полнење со свежа или морска вода, по што елементот може да работи до 10 месеци. Ваквите елементи можат да ги користат жртвите на водена несреќа. Поевтините, но помалку моќни ќелии користат електрода Cu/CuCl.

Еден од најпознатите хемиски извори на струја е елементот манган-цинк, опишан во 1868 година од францускиот хемичар Жорж Лекланш (1839–1882) и развиен од него неколку години порано. Во оваа ќелија, јаглеродната електрода е опкружена со деполаризатор на манган диоксид, измешан со јаглероден прав за подобра електрична спроводливост. За да се спречи распаѓање на смесата при истурање на електролитот (раствор на амониум хлорид), тој се става заедно со анодата во порозен сад. Елементот Лекланш служеше долго време, не бараше одржување и можеше да произведе доста голема струја. Обидувајќи се да го направи поудобно, Лекланш реши да го згусне електролитот со паста. Ова ги промени работите на револуционерен начин: елементите на Лекланше повеќе не се плашеа од случајно превртување, тие можеа да се користат во која било позиција. Пронајдокот на Лекланш веднаш доби комерцијален успех, а самиот пронаоѓач, напуштајќи ја својата главна професија, отвори фабрика за производство на елементи. Манган-цинк клетките на Лекланшет беа евтини и се произведуваа во големи количини. Сепак, нарекувањето „суви“ не е сосема точно: електролитот во нив беше „полу-течен“, но во вистински суви ќелии треба да биде цврст. Лекланш починал на 43-годишна возраст, пред да се пронајдат такви елементи.

Од 1802 до 1812 година, биле конструирани неколку суви батерии, од кои најпознат е таканаречениот замбониев, или столб замбониев (види „Хемија и живот“ бр. 6, 2007 година). Италијанскиот физичар и свештеник Џузепе Замбони (1776–1846) во 1812 година составил колона од неколку стотици хартиени кругови, од кои едната страна имало тенок слој цинк, а од другата мешавина од манган диоксид и растителна гума. Електролитот беше влагата содржана во хартијата. Таквиот столб произведувал висок напон, но само многу мала струја. Токму столбот Замбони им дозволува на чашките да ѕвонат во ѕвончето, сместено во лабораторијата Кларендон во Оксфорд, речиси два века. Сепак, таквата батерија не е погодна за практични цели.

Првата сува галванска ќелија која можеше да се користи во пракса беше патентирана во 1886 година од германскиот инженер Карл Гаснер (1855–1942). Хемиските реакции што се случуваа во него беа исти како и во претходните дизајни: Zn + 2MnO 2 + 2NH 4 Cl → 2MnO(OH) + Cl 2. Во овој случај, цинковата електрода истовремено служела како надворешен контејнер. Електролитот беше мешавина од брашно и гипс; раствор од амониум и цинк хлориди се апсорбираше на него (гипсот подоцна беше заменет со скроб). Додавањето на цинк хлорид во електролитот значително ја намали корозијата на цинковата електрода и го продолжи рокот на траење на ќелијата. Позитивната електрода беше јаглеродна прачка, која беше опкружена со маса манган диоксид и саѓи во хартиена кеса. Елементот беше запечатен одозгора со битумен. Капацитетот на елементите беше компензиран со нивната големина. Солениот елемент на Гаснер опстанал до денес и се произведува во количини од многу милијарди парчиња годишно. Но, во дваесеттиот век, тие се натпреваруваа со алкални елементи, кои понекогаш погрешно се нарекуваат „алкални“, без да се мачат да бараат во речникот кога преведуваат од англиски.

Како заклучок, забележуваме дека галванските батерии со еден или друг дизајн беа главните извори на електрична енергија до пронаоѓањето на динамото.

Електромоторна сила. - "Елементи".