Volta sprawdza odkrycie Galvaniego i „zamyka” je. Allesandro Volta i pierwszy generator elektrochemiczny (kolumna Volty) Galvani i Volta odkryli istnienie prądu elektrycznego

Powszechnie przyjmuje się, że odkrycia Galvaniego, które stworzyły epokę w rozwoju doktryny o elektryczności, były owocem przypadku. Opinia ta opiera się prawdopodobnie na pierwszych słowach traktatu Galvaniego: „Pociąłem i dokonałem sekcji żaby... i mając na myśli coś zupełnie innego, położyłem ją na stole, na którym stała maszyna elektryczna... Jeden z moich asystenci czubkiem skalpela przypadkowo bardzo lekko dotknęli nerwów udowych wewnętrznych tej żaby... Inna zauważyła... że jest to możliwe, gdy z przewodu samochodu wydobędzie się iskrę... Zaskoczony nowym zjawiskiem , od razu zwrócił na to moją uwagę, chociaż planowałem coś zupełnie innego i byłem pogrążony w myślach.”

Jednakże przypadek odkrycia był bardzo nieistotny; ten sam Galvani lub ktokolwiek inny z pewnością doszedłby do odkrycia tego zjawiska. To nie przypadek, że Galvani miał maszynę elektryczną, tak jak nieprzypadkowo wymyślił jakiś eksperyment z lekiem. Nie ulega wątpliwości, że idee francuskich materialistów na temat materialności procesów psychicznych skłoniły myśl naukową do ujawnienia przede wszystkim fizycznej natury doznań oraz sukcesów fizjologów, mikroskopistów i chemików w zrozumieniu tak ważnych procesów życiowych, jak krew krążenie, trawienie i oddychanie stymulowały takie poszukiwania. Badanie zjawisk elektrycznych, które już sprowadziły grzmoty i błyskawice z wysokości na ziemię, dostarczyło materiału do wniosków o istotnej roli elektryczności w biologii. Skurcze mięśni podczas wyładowania elektrycznego („porażenia prądem”) wysunęły pogląd, że w zachowaniu płaszczek elektrycznych, węgorzy i sumów również mamy do czynienia z porażeniem prądem. I rzeczywiście eksperymenty Johna Walsha i Larochelle'a udowodniły elektryczny charakter uderzenia płaszczki, a anatom Gunther podał dokładny opis narządu elektrycznego tego zwierzęcia. Badania Walsha i Gunthera opublikowano w Phil. Trans." w 1773 r. Przypadkowe odkrycie filozofa Sulzera w 1752 r., że dotknięcie czubka języka dwóch odmiennych metali powoduje osobliwe wrażenie kwaśnego smaku, zostało przez niego opisane, gdyż autor odczuwał naukowe zainteresowanie tym odkryciem w epoce badań nad metalami działanie bodźców fizycznych. Wśród tych bodźców fizycznych na pierwszym miejscu znalazła się elektryczność, a medycyna praktyczna pokładała ogromne nadzieje w elektrycznych metodach leczenia.

O stopniu zainteresowania elektrycznymi metodami leczenia można wnioskować choćby z listu Marata do Rum de Saint-Laurent z 9 listopada 1783 roku, w którym relacjonuje on swoje badania fizyczne i stosunek Akademii do nich. Swoją drogą z listu i załączonych do niego dokumentów wynika, że ​​lekarz i fizyk Marat, przyszły słynny „przyjaciel ludu”, z powodzeniem zastosował fizyczne metody leczenia i opracował interesującą metodę eksperymentalnych badań nad natura ognia, światła i elektryczności. Eksperymenty Marata wzbudziły duże zainteresowanie, w tym takich postaci jak Franklin. Zwłaszcza w kwestii elektromedycyny Marat mówi w tym liście o swoim zamiarze „zaangażowania się w elektryczność w dziedzinie medycyny, nauki, która tak bardzo interesuje społeczeństwo”. Krytykując wielokrotnie nagradzaną pracę Abbé Berthelona, ​​który „przedstawia elektryfikację jako uniwersalny lek na wszelkie choroby”, Marat relacjonuje swoją pracę, która otrzymała nagrodę Akademii w Rouen, która zaproponowała temat konkursowy: „Określić stopień i warunków, w których można polegać na energii elektrycznej w leczeniu chorób”. Jak widać zainteresowanie elektromedycyną w epoce Galvaniego było znaczne.

List Marata, w którym zarzuca uczelni zaniedbanie jego zasług naukowych, jest interesujący z innego powodu. Opracowana przez Marata technika obserwacji w ciemnym pomieszczeniu umożliwiła jego zdaniem dostrzeżenie materii ognia i elektryczności, obserwację dyfrakcji na krawędziach pryzmatu. Te idee Marata są niewątpliwym echem jego fascynacji różnymi „płynami”, w tym także płynami psychicznymi. Akademia, która nie znalazła możliwości weryfikacji eksperymentów Marata, zmuszona była powołać autorytatywną komisję w celu weryfikacji eksperymentów osławionego szarlatana Mesmera. Mesmer, który przybył do Paryża w 1771 roku, sprytnie wykorzystał modne teorie naukowe na temat płynów ognistych, elektrycznych, magnetycznych i innych i twierdził, że odkrył nowy rodzaj subtelnego czynnika – „magnetyzm zwierzęcy”. „Zwierzęcy magnetyzm” – stwierdził Mesmer – może gromadzić się, koncentrować i być przenoszony bez pomocy ciał pośrednich; odbija się jak światło…” Nie trzeba dodawać, że „magnetyzm zwierzęcy jest uniwersalnym lekarstwem i zbawicielem rodzaju ludzkiego”. Mesmer odniósł ogromny sukces, jego fani zebrali dla niego ogromne sumy pieniędzy, prześladowali przeciwników mesmeryzmu aż do ataku na Berthollet; za ujawnienie tajemnicy król zaproponował mu dożywotnią pensję w wysokości 20 tysięcy franków.

Po jego wyjeździe z Francji powołano komisję rządową złożoną z czterech lekarzy i naukowców – Leroya, Bory’ego, Lavoisiera i Bailly’ego. Bailly przedstawił komisji raport w sierpniu 1784 r. Raport ten wywołał protesty i zastrzeżenia ze strony mesmerystów, gdyż komisja po wnikliwej analizie faktów doszła do wniosku, że nie istnieje stały agent i że przypadki jego ekstrakcji nerwowych transów ma swoje źródło w wyobraźni. Ogólnie rzecz biorąc, raport komisji nie mówi o niemożności magnetyzmu zwierzęcego. Hipoteza taka nie była sprzeczna z ówczesnymi poglądami naukowymi, ale nie znalazła niezmiennego wpływu na zweryfikowane przez nią fakty i dlatego stwierdziła brak magnetyzmu; czynnik fizyczny w tych faktach.

Tak więc, zanim Galvani rozpoczął swoje eksperymenty (1786), nie brakowało prób fizycznej interpretacji zjawisk psychicznych i fizjologicznych. Medycyna praktyczna wyciągnęła wnioski z osiągnięć nauk przyrodniczych i poglądów naukowych epoki; została w pełni przygotowana podstawa do powstania doktryny o elektryczności zwierzęcej.

Nic dziwnego, że profesor anatomii i medycyny na Uniwersytecie w Bolonii Luigi Galvani (ur. 19 września 1737, zm. 4 grudnia 1798) był niezwykle zdumiony obserwacją poczynioną przez swoich kolegów, której opisem rozpoczyna się jego słynny traktat „O siłach elektryczności” o ruchu mięśni.” Jak słusznie później zauważył Volta, w samym fakcie drżenia nogi rozciętej żaby podczas wyładowania elektrycznego nie było niczym nowym z fizycznego punktu widzenia: jest to zjawisko indukcji elektrycznej, czyli zjawisko tzw. zwany ciosem powrotnym, analizowany przez Mago w 1779 r. Galvani nie podchodził jednak do tego faktu jako fizyk, a jako fizjolog interesował się zdolnością martwego leku do wykazywania istotnych skurczów pod wpływem elektryczności.

Z największą cierpliwością i umiejętnością badał tę zdolność, badając jej lokalizację w preparacie, warunki pobudliwości, działanie różnych form elektryczności, a zwłaszcza elektryczności atmosferycznej. Klasyczne eksperymenty Galvaniego uczyniły go ojcem elektrofizjologii, której znaczenie w naszych czasach jest trudne do przecenienia. Ale Galvani, badając wpływ atmosfery na lek, dokonał niezwykłego odkrycia. Czekając na próżno na skurcze mięśni przy dobrej pogodzie, „zmęczony... daremnym czekaniem... zaczął przyciskać miedziane haczyki wbite w rdzeń kręgowy do żelaznej kraty”... „Chociaż ja” – mówi dalej , „często obserwowane skurcze, żaden nie odpowiadał zmianie stanu atmosfery i prądu... Kiedy przeniosłem zwierzę do zamkniętego pomieszczenia, położyłem je na żelaznej płycie i zacząłem dociskać do niego hak przeprowadzony przez rdzeń kręgowy pojawiły się te same skurcze i te same ruchy.” Stąd Galvani, po przeprowadzeniu serii eksperymentów, dochodzi do wniosku o istnieniu nowego źródła i nowego rodzaju energii elektrycznej. Do tego wniosku doprowadził go eksperymenty z konstrukcją zamkniętego obwodu ciał przewodzących i metali oraz preparatem żaby. Szczególnie skuteczny jest następujący eksperyment: „jeśli przytrzymasz wiszącą żabę palcami za jedną nogę tak, że hak przechodzący przez rdzeń kręgowy dotknie jakiejś srebrnej płytki, a druga noga będzie mogła swobodnie dotykać tej samej płytki, to gdy tylko to się stanie, noga dotyka wskazanych płytek, mięśnie zaczynają natychmiast się kurczyć. W tym samym czasie stopa unosi się i unosi, a następnie opadając ponownie na talerz, w tym samym czasie styka się z nim, ponownie z tego samego powodu, unosi się i tak kontynuuje naprzemienne unoszenie się i opadanie, tak że ta stopa, ku niemałemu podziwowi i radości obserwujących ją, zaczyna, zdaje się, konkurować z jakimś elektrycznym wahadłem.

W tak złożonej formie odkryto nowe źródło energii elektrycznej, tworzące długotrwałe wyładowanie w przewodzącym obwodzie zamkniętym. Naturalnie fizjolog Galvani nie mógł zgodzić się z myślą, że przyczyną tego zjawiska jest kontakt różnych metali i zasugerował, że mięsień jest rodzajem baterii słoików Leydena, stale wzbudzanej pracą mózgu, która jest przekazywana przez nerwy.

Teoria elektryczności zwierzęcej stała się podstawą praktycznej elektromedycyny, a odkrycie Galvaniego wywołało sensację. Wśród zagorzałych zwolenników nowej teorii znalazł się słynny Volta, który natychmiast rozpoczął testy i dokładne ilościowe badania zjawiska. Podjął się tych badań w pełni uzbrojony w nowoczesną technologię elektrometryczną. W swoich pierwszych artykułach („O elektryczności zwierząt” – list do doktora Baronio z 3 kwietnia 1792 r. i dwa artykuły „O elektryczności zwierząt” opublikowane w czasopiśmie Brunvelli’s Journal of Physico-Medical Sciences) Volta podziela punkt widzenia Galvaniego. Jednakże już tutaj zarysowano przyszłe odejście od tej teorii; na pierwszy plan wysuwają się fizyczne aspekty tego efektu. Przede wszystkim Volta ustala, że ​​odpowiednio wypreparowana żaba stanowi, że tak powiem, elektrometr zwierzęcy, nieporównywalnie bardziej czuły niż jakikolwiek inny najbardziej czuły elektrometr.

Następnie Volta ustala znaczenie kontaktu z różnymi metalami. „Takie rozróżnienie metali jest absolutnie konieczne; jeśli obydwie płytki są wykonane z tego samego metalu, to wynika z tego, że różnią się one przynajmniej sposobem zastosowania...” (tj. stanem powierzchni styku). Volta pokazuje dalej, że prąd płynu elektrycznego jest powodowany przez kontakt różnych metali i może powodować nie tylko skurcze mięśni, ale także inne podrażnienia nerwów. W szczególności Volta powtarza eksperyment Sulzera (jeszcze nie wiedząc, że eksperyment ten został już przeprowadzony) i zwraca uwagę, że „smak ten jest nadal odczuwalny, a nawet nasila się przez cały czas, podczas gdy te dwa metale, cyna i srebro, pozostają połączone jeden do wypustu końcówki, drugi do innych części tego ostatniego i gdy stykają się ze sobą, tworzą łuk przewodzący. Dowodzi to, że przejście płynu elektrycznego z jednego miejsca do drugiego następuje stale i nieprzerwanie.” Wreszcie Volta ustala polaryzację efektu: zmiana talerzy miejscami powoduje zmianę smaku z kwaśnego na zasadowy. W świetle tych faktów teoria muskularnego słoika Leydena Volty wydaje się nie do utrzymania.

W kolejnych artykułach: „Opis odkryć Galvaniego” (dwa listy do członka Towarzystwa Królewskiego – Cavallo), „Trzeci artykuł na temat elektryczności zwierząt” (list do prof. Aldiniego, siostrzeńca Galvaniego) oraz „Nowy artykuł na temat elektryczności zwierząt” ( trzy listy do Wassalego – profesora na Uniwersytecie w Turynie), Volta całkowicie zrywa z teorią elektryczności zwierzęcej i podaje fizyczną interpretację efektu. W swoim drugim liście do Cavallo Volta pisze: „...odkryłem nowe, bardzo niezwykłe prawo, które w rzeczywistości nie ma zastosowania do elektryczności zwierzęcej, ale do zwykłej elektryczności, ponieważ to przejście płynu elektrycznego, przejście, które nie jest natychmiastowy, jak wyładowanie, ale stały i ciągły tak długo, jak zachowana jest komunikacja między obydwoma płytkami, ma miejsce niezależnie od tego, czy płytka jest przyłożona do żywej, czy martwej materii zwierzęcej, czy do innego niemetalowego, ale dość dobrego przewodnika , takie jak na przykład woda lub zwilżenie jej ciała. I Volta bezpośrednio rozpoczyna swój pierwszy list do Wassalego (datowany na 10 lutego 1794 r.) pytaniem: „Co sądzisz o tak zwanej elektryczności zwierzęcej? Jeśli chodzi o mnie, od dawna jestem przekonany, że wszelkie działanie następuje początkowo w wyniku kontaktu metali z jakimś mokrym ciałem lub z samą wodą.

Fizjologiczne podrażnienia nerwów są skutkiem przepływającego prądu, a podrażnienia te są „im silniejsze, im dalej od siebie oddalone są dwa użyte metale w szeregu, w jakim je tu umieściliśmy: cynk, folia cynowa, zwykła cyna w płytach ołowiu, żelaza, mosiądzu oraz różnej jakości brązu, miedzi, platyny, złota, srebra, rtęci, grafitu. Ta słynna seria napięć Volty i odkryte przez niego prawo napięcia stanowią rdzeń całego efektu. Narządy zwierzęce, zdaniem Volty, „są czysto pasywnymi, prostymi, bardzo czułymi elektrometrami i to nie one są aktywne, ale metale, to znaczy w wyniku ich zetknięcia powstaje początkowy impuls płynu elektrycznego, w słowo, że takie metale nie są prostymi przewodnikami lub przekaźnikami prądu…” W jednej z notatek do tego artykułu Volta ponownie podkreśla, że ​​na pomysł napięcia kontaktowego wpadł ponad trzy lata temu i już w 1793 roku podał swoją serię metali.

Zatem istota tego efektu leży, według Volty, we właściwości przewodników „powodowania i wprawiania w ruch płynu elektrycznego w miejscu, w którym spotyka się i styka ze sobą kilka takich przewodników różnych klas i odmian”.

„Stąd okazuje się, że jeśli trzy lub więcej z nich, a w dodatku różnych, razem tworzą obwód przewodzący, jeśli na przykład między dwoma metalami - srebrem i żelazem itp. - jeden lub więcej wprowadza się właśnie z klasa, która nazwała tę klasę mokrą, ponieważ reprezentuje płynną masę lub zawiera trochę wilgoci (do nich zaliczają się ciała zwierząt i wszystkie ich świeże, soczyste części), jeśli, jak mówię, dyrygent tej drugiej klasy jest w środku i jest w zetknie się z dwoma przewodnikami pierwszej klasy, wykonanymi z dwóch różnych metali, wówczas w wyniku tego powstaje stały prąd elektryczny w tym lub innym kierunku, w zależności od tego, po której stronie wpływ na niego jest silniejszy w wyniku kontaktu.

Tak jasno i wyraźnie Volta sformułował warunki pojawienia się prądu stałego: obecność zamkniętego obwodu różnych przewodników, a przynajmniej jeden musi być przewodnikiem drugiej klasy i stykać się z różnymi przewodnikami pierwszej klasy. Kiedy galwaniści sprzeciwiali się eksperymentom, w których ruchy mięśni wzbudzano łukiem jednorodnego przewodnika, a nawet, jak w eksperymentach Valliego, kontaktem różnych preparatów bez metalowego przewodnika, Volta zwrócił uwagę, że w tych eksperymentach występuje heterogeniczność. Końce jednego łuku przewodzącego są różne, prawie niemożliwe jest osiągnięcie ich całkowitej jednorodności. Różnice styków mogą również powstać w przypadku zetknięcia się różnych przewodników drugiej klasy.

„... Przewodniki niemetaliczne, przewodniki płynne lub zawierające w takim czy innym stopniu wilgoć, te, które nazywamy przewodnikami drugiej klasy, i one same, w połączeniu ze sobą, będą wzbudnikami, podobnie jak metale, lub przewodnikami pierwsza klasa w połączeniu z dyrygentami drugiej klasy…”

W przyszłości Volta, aby wyeliminować wszelkie wątpliwości co do nie fizjologicznej, ale czysto fizycznej istoty materii, wyklucza preparaty zwierzęce, które do tej pory służyły jako wskaźniki prądu. Opracowuje technikę pomiaru różnic potencjałów stykowych za pomocą swojego elektrometru kondensatorowego. Volta opisał te klasyczne eksperymenty w liście do Grena w 1795 r. i Aldiniego w 1798 r.

20 marca 1800 roku Volta napisał swój słynny list do Banksa, w którym opisał swój słup – wynalazek, który naprawdę zrewolucjonizował naukę o elektryczności. W liście do Bartha z 29 sierpnia 1801 roku Volta podaje prawo napięciowe, które odkrył dla przewodników pierwszej klasy [A/B + B/C = A/C]. 7 i 21 listopada 1801 roku wygłosił w Paryżu dwa wykłady na temat swojego filaru i prawa stresu. Pierwsza relacja z tych wykładów została opublikowana przez Pfaffa w tomie IX Kronik Hilberta za rok 1801, druga przez Bio w tomie X tych samych Roczników. Tak zakończyła się historia wybitnego odkrycia i jednocześnie historia działalności naukowej Galvaniego i Volty
Humphry Davy. (Aleksander Volta urodził się w Como 19 lutego 1745 r. Od 18. roku życia korespondował z Nolle w kwestiach fizycznych, w XIX roku napisał łaciński wiersz o współczesnych odkryciach fizycznych i chemicznych. Pierwsza praca w 1764 poświęcono słoikowi Leydena, kolejne dzieło 1771 - „Badania empiryczne metod wzbudzania elektryczności i ulepszania konstrukcji maszyny”. W 1774 roku wynalazł elektrofor, następnie kondensator i elektrofor z kondensatorem gaz palny, wynalazł pistolet elektryczny i lampę wodorową, eudiometr. Od 1777 r. profesor fizyki w Pawii. W 1793 r. zajmował się eksperymentami nad rozszerzaniem się gazów. W latach osiemdziesiątych wynalazł sondę płomieniową nagrodę od Napoleona za wynalezienie słupa, a po swoim słynnym wynalazku przeszedł na emeryturę i dopiero w 1817 opublikował dwie prace na temat gradu i okresowości burz. W 1819 odszedł z profesury. Zmarł 5 marca 1827 roku, tego samego dnia co Laplace.)

Charakter odkrytego efektu był bardzo złożony i na ówczesnym poziomie nauk fizycznych, chemicznych i fizjologii nie udało się odsłonić obrazu zjawiska. W sporze o naturę zjawiska obie strony miały w zasadzie rację. Galvani został twórcą elektrofizjologii, a Volta twórcą doktryny o elektryczności. W labiryncie sprzecznych eksperymentów i obserwacji Volta znalazł właściwą ścieżkę, odkrył eksperymentalne prawo fizyczne napięć i podał poprawny opis obwodu prądu elektrycznego. Wciąż toczyły się wielkie debaty na temat przyczyny i charakteru różnicy potencjałów kontaktowych, ale nie było już żadnych wątpliwości co do jej istnienia. pozostał, a nauka o kolumnach galwanicznych otrzymała potężne narzędzie badawcze, którego wykorzystanie nie było powolne.

A teraz porozmawiamy o badaniach przeprowadzonych prawie dwieście lat po opublikowaniu dzieła Gilberta. Kojarzą się z nazwiskami włoskiego profesora anatomii i medycyny Luigiego Galvaniego oraz włoskiego profesora fizyki Alessandro Volty.

W laboratorium anatomii Uniwersytetu w Boulogne Luigi Galvani przeprowadził eksperyment, którego opis zszokował naukowców na całym świecie. Żaby wypreparowano na stole laboratoryjnym. Celem eksperymentu było pokazanie i obserwacja nagich nerwów ich kończyn. Na tym stole znajdowała się maszyna elektrostatyczna, za pomocą której wytwarzano i badano iskrę. Zacytujmy wypowiedzi samego Luigiego Galvaniego z jego pracy „O siłach elektrycznych podczas ruchów mięśni”: „...Jeden z moich asystentów przypadkowo bardzo delikatnie dotknął czubkiem nerwów wewnętrznych udowych żaby. ” I dalej: „...Jest to możliwe, gdy z kondensatora maszyny zostanie wydobyta iskra”.

Zjawisko to można wyjaśnić w następujący sposób. Atomy i cząsteczki powietrza w obszarze, w którym pojawia się iskra, poddawane są działaniu zmiennego pola elektrycznego, w wyniku czego uzyskują ładunek elektryczny i przestają być obojętne. Powstałe jony i cząsteczki naładowane elektrycznie rozprzestrzeniają się na pewną, stosunkowo niewielką odległość od maszyny elektrostatycznej, ponieważ poruszając się, zderzając się z cząsteczkami powietrza, tracą ładunek. Jednocześnie mogą gromadzić się na metalowych przedmiotach, które są dobrze odizolowane od powierzchni ziemi i ulegają rozładowywaniu, jeśli nastąpi przewodzący obwód elektryczny do ziemi. Podłoga w laboratorium była sucha, drewniana. Dobrze zaizolował od ziemi pomieszczenie, w którym pracował Galvani. Przedmiotem, na którym zgromadziły się ładunki, był metalowy skalpel. Nawet lekkie dotknięcie skalpelem nerwu żaby powodowało „wyładowanie” elektryczności statycznej zgromadzonej na skalpelu, powodując wycofanie nogi bez mechanicznego zniszczenia. Już wówczas znane było samo zjawisko wyładowań wtórnych, wywołanych indukcją elektrostatyczną.

Genialny talent eksperymentatora i przeprowadzenie dużej liczby różnorodnych badań pozwoliły Galvaniemu odkryć kolejne zjawisko ważne dla dalszego rozwoju elektrotechniki. Trwają eksperymenty mające na celu zbadanie elektryczności atmosferycznej. Zacytujmy samego Galvaniego: „...Zmęczony... daremnym oczekiwaniem...zacząłem...dociskać miedziane haczyki wbite w rdzeń kręgowy do żelaznej kraty - żabie udka się skurczyły." Wyniki eksperymentu przeprowadzonego nie na zewnątrz, ale w pomieszczeniu zamkniętym, przy braku pracujących maszyn elektrostatycznych, potwierdziły, że po dotknięciu ciała żaby następuje skurcz mięśnia żaby, podobny do skurczu wywołanego iskrą maszyny elektrostatycznej jednocześnie przez dwa różne metalowe przedmioty - drut i płytkę z miedzi, srebra lub żelaza. Nikt przed Galvanim nie zaobserwował takiego zjawiska. Na podstawie wyników obserwacji wyciąga odważny, jednoznaczny wniosek. Istnieje jeszcze jedno źródło elektryczności, jest to elektryczność „zwierzęca” (termin ten jest równoznaczny z terminem „aktywność elektryczna żywej tkanki”). Żywy mięsień, argumentował Galvani, jest kondensatorem przypominającym słoik Leydena, w którym gromadzi się dodatni prąd. Nerw żaby służy jako wewnętrzny „przewodnik”. Połączenie dwóch metalowych przewodników z mięśniem powoduje wyzwolenie prądu elektrycznego, który niczym iskra z maszyny elektrostatycznej powoduje skurcz mięśnia.

Galvani eksperymentował, aby uzyskać jednoznaczny wynik tylko na mięśniach żaby. Być może właśnie to pozwoliło mu zaproponować wykorzystanie „preparatu fizjologicznego” żabiej udka jako miernika ilości prądu elektrycznego. Miarą ilości energii elektrycznej, do oceny której służył podobny wskaźnik fizjologiczny, była aktywność podnoszenia i opadania łapy w momencie jej zetknięcia z metalową płytką, której jednocześnie dotyka haczyk przechodzący przez rdzeń kręgowy żaby i częstotliwość podnoszenia łapy w jednostce czasu. Przez pewien czas takim wskaźnikiem fizjologicznym posługiwali się nawet wybitni fizycy, a w szczególności Georg Ohm.

Eksperyment elektrofizjologiczny Galvaniego pozwolił Alessandro Volcie stworzyć pierwsze elektrochemiczne źródło energii elektrycznej, co z kolei otworzyło nową erę w rozwoju elektrotechniki.

Alessandro Volta był jednym z pierwszych, którzy docenili odkrycie Galvaniego. Z wielką starannością powtarza eksperymenty Galvaniego i otrzymuje wiele danych potwierdzających jego wyniki. Ale już w swoich pierwszych artykułach „O elektryczności zwierzęcej” oraz w liście do doktora Boronio z 3 kwietnia 1792 r. Volta, w przeciwieństwie do Galvaniego, który interpretuje obserwowane zjawiska z punktu widzenia elektryczności „zwierzęcej”, podkreśla zjawiska chemiczne i fizyczne. Volta podkreśla znaczenie stosowania w tych eksperymentach różnych metali (cynku, miedzi, ołowiu, srebra, żelaza), pomiędzy którymi umieszcza się szmatkę nasączoną kwasem.

Oto co pisze Volta: „W eksperymentach Galvaniego źródłem prądu jest żaba. Czym jednak jest żaba, czy w ogóle jakiekolwiek zwierzę? Przede wszystkim są to nerwy i mięśnie, które zawierają różne związki chemiczne nerwy i mięśnie rozciętej żaby łączą się z dwoma różnymi metalami, a następnie, gdy taki obwód zostaje zamknięty, pojawia się efekt elektryczny. W moim ostatnim eksperymencie uczestniczyły również dwa różne metale - są to staniol (ołów) i srebro oraz rolę płynu pełniła ślina języka. Zamykając obwód płytką łączącą, stworzyłem warunki dla ciągłego przemieszczania się płynu elektrycznego z miejsca na miejsce. Ale mogłem po prostu umieszczać te same metalowe przedmioty w wodzie czy w płynie podobnym do śliny. Co ma z tym wspólnego „zwierzęca” elektryczność?

Eksperymenty przeprowadzone przez firmę Volta pozwalają na sformułowanie wniosku, że źródłem działania elektrycznego jest łańcuch różnych metali w kontakcie z wilgotną szmatką lub szmatką nasączoną roztworem kwasu.

W jednym z listów do swojego przyjaciela, doktora Vasaghiego (znowu przykład zainteresowania lekarza elektrycznością) Volta napisał: „Od dawna jestem przekonany, że całe działanie pochodzi z metali, z których kontaktu wchodzi płyn elektryczny ciało wilgotne lub wodniste. Na tej podstawie sam uważam, że ma prawo przypisać metalom wszystkie nowe zjawiska elektryczne i zastąpić nazwę „elektryczność zwierzęca” określeniem „elektryczność metaliczna”.

Według Volty żabie udka są czułym elektroskopem. Powstał historyczny spór między Galvanim i Voltą, a także między ich zwolennikami - spór o elektryczność „zwierzęcą” lub „metaliczną”.

Galvani nie poddał się. Całkowicie wykluczył metal z eksperymentu, a nawet dokonał sekcji żab szklanymi nożami. Okazało się, że nawet przy takim eksperymencie kontakt nerwu udowego żaby z jej mięśniem doprowadził do wyraźnie zauważalnego, choć znacznie mniejszego, skurczu niż przy udziale metali. Był to pierwszy zapis zjawisk bioelektrycznych, na którym opiera się współczesna elektrodiagnostyka układu sercowo-naczyniowego i wielu innych układów człowieka.

Volta próbuje rozwikłać naturę odkrytych niezwykłych zjawisk. Jasno formułuje dla siebie następujący problem: „Co jest przyczyną pojawienia się elektryczności?” Zadawałem sobie to samo pytanie, jak każdy z Was. Rozważania doprowadziły mnie do jednego rozwiązania: ze styku dwóch różnych metali , na przykład srebra i cynku, równowaga elektryczna obu metali zostaje zakłócona w miejscu styku metali, elektryczność dodatnia jest kierowana ze srebra do cynku i gromadzi się na tym ostatnim, podczas gdy elektryczność ujemna koncentruje się na srebrze oznacza, że ​​materia elektryczna porusza się w określonym kierunku. Ułożone srebrne i cynkowe płytki jedna na drugiej bez pośrednich przekładek, to znaczy, że cynkowe płytki stykały się ze srebrnymi, wówczas ich ogólny efekt został zredukowany do zera efekt elektryczny lub podsumowując, każdą płytkę cynkową należy zetknąć tylko z jedną srebrną i kolejno dodać jak największą liczbę par. Osiąga się to właśnie poprzez umieszczenie mokrego kawałka materiału na każdej cynkowej płytce, oddzielając ją w ten sposób od srebrnej płytki następnej pary.” Wiele z tego, co powiedział Volta, nie traci na znaczeniu nawet teraz, w świetle współczesnych idei naukowych.

Niestety, spór ten został tragicznie przerwany. Armia Napoleona zajęła Włochy. Za odmowę złożenia przysięgi wierności nowemu rządowi Galvani stracił krzesło, został zwolniony i wkrótce zmarł. Drugi uczestnik sporu, Volta, doczekał się pełnego uznania odkryć obu naukowców. W sporze historycznym obaj mieli rację. Biolog Galvani wszedł do historii nauki jako twórca bioelektryczności, fizyk Volta – jako twórca elektrochemicznych źródeł prądu.

W 1790 roku włoski naukowiec L. Galvani (1737 - 1798), lekarz z wykształcenia, eksperymentując z mięśniami żaby, zauważył, że skurcz mięśni następuje w momencie wyładowania maszyny elektrycznej dostępnej w jego laboratorium. Ustalił, że skurcz mięśni zachodzi bez wyładowania, a wyniki swoich eksperymentów opublikował w wydanej w 1791 roku książce „Traktat o siłach elektrycznych w ruchu mięśni”.

Galvani relacjonował: „Kiedy wniosłem żabę do pokoju i położyłem ją na żelaznym talerzu, a następnie przycisnąłem do płytki miedziany haczyk przewleczony przez nerw rdzeniowy, widoczne były te same spazmatyczne drżenia. Przeprowadzałem eksperymenty z różnymi metalami o różnych porach dnia i w różnych miejscach - wyniki były takie same, z tą różnicą, że w przypadku niektórych metali wstrząsy były silniejsze niż w przypadku innych.

Następnie przetestowałem różne ciała, które nie są przewodnikami prądu, takie jak szkło, żywica, guma, kamień i suche drewno. Nie było żadnego fenomenu. Było to dość nieoczekiwane i doprowadziło mnie do przekonania, że ​​w zwierzęciu znajduje się prąd.”

Z jasnych, całkowicie jednoznacznych eksperymentów Galvani wyciągnął błędne wnioski. Uważał, że źródłem prądu elektrycznego w obserwowanym przez siebie zjawisku jest mięsień. Znalazło to odzwierciedlenie w nazwie odkrytego przez niego zjawiska – „elektryczności zwierzęcej”.

Po zapoznaniu się z opisem eksperymentów swojego rodaka A. Volta (1745–1827) powtórzył je, stopniowo odchodząc od nieistotnych. Wyniki licznych eksperymentów doprowadziły badacza do bardzo ważnych wniosków. Tym samym Volta nabrał przekonania, że ​​za pojawienie się elektryczności odpowiedzialne są metale różnego rodzaju, które zamyka ciecz zawarta w mięśniu żaby. Aby to potwierdzić, Volta przeprowadził eksperyment z dwoma różnymi metalami, używając zamiast mięśni wody lub roztworu słabego kwasu. Efekt nie tylko się pojawił, ale i zauważalnie się nasilił. W liście z 10 lutego 1794 roku, skierowanym do opata A. M. Vassali, piastującego stanowisko profesora fizyki na Uniwersytecie w Turynie, Volta pisze: „Co do mnie, od dawna jestem przekonany, że wszelkie działanie następuje w wyniku kontakt metali z wilgotnym ciałem lub z samą wodą. Dzięki takiemu kontaktowi płyn elektryczny jest wprowadzany do tego mokrego ciała lub do wody z samych metali, z jednego więcej, z drugiego mniej (przede wszystkim z cynku, najmniej ze srebra). Abstrahując od idei „elektryczności zwierzęcej”, której Galvani tak żarliwie i nie bez uzasadnienia bronił, Volta doszedł do zaprojektowania pierwszego źródła prądu, źródła energii elektrycznej, zwanego przez współczesnych „kolumną galwaniczną”.

20 marca 1800 roku Volta w liście do prezesa Towarzystwa Królewskiego w Londynie, Sir I. Banksa, napisał, że stworzył urządzenie, „które w swoim działaniu, to znaczy w szoku doznawanym przez rękę, itp., jest podobny do słoika Leydena, lub lepiej, ze słabo naładowanym akumulatorem, ale który jednak działa w sposób ciągły, to znaczy, że jego ładunek odnawia się sam po każdym rozładowaniu; jednym słowem, to urządzenie wytwarza niezniszczalny ładunek i daje ciągły impuls do płynu elektrycznego.”

Znaczenie tego odkrycia Voltasa często porównuje się w konsekwencjach do uruchomienia reaktora jądrowego, które miało miejsce 142 lata później. Z rąk Volty naukowcy otrzymali źródło energii elektrycznej, które umożliwiło prowadzenie systematycznych badań w dziedzinie elektryczności. Tania i dostępność elementów Volty przyczyniła się do zaangażowania jeszcze większej liczby naukowców w badania elektryczne, co od razu wpłynęło na liczbę doniesień naukowych z tej dziedziny wiedzy. Poniżej podajemy jedynie krótką listę najważniejszych badań w dziedzinie elektryczności spowodowanych odkryciem Volty.

Do końca XVIII wieku fizycy badający zjawiska elektryczne mieli do dyspozycji jedynie źródła elektryczności statycznej – kawałki bursztynu, kulki topionej siarki, maszyny elektroforowe, słoiki Leydena. Eksperymentowało z nimi wielu naukowców, począwszy od angielskiego fizyka i lekarza Williama Gilberta (1544–1603). Mając do dyspozycji takie źródła, można było odkryć np. prawo Coulomba (1785), ale nie udało się odkryć nawet prawa Ohma (1826), nie mówiąc już o prawach Faradaya (1833). Ponieważ nagromadzony ładunek statyczny był niewielki i nie mógł zapewnić prądu trwającego co najmniej kilka sekund.

Sytuacja uległa zmianie po pracach profesora medycyny na Uniwersytecie w Bolonii, Luigiego Galvaniego (1737–1798), który odkrył, jak sądził, „elektryczność zwierzęcą”. Jego słynny traktat nosił tytuł „O siłach elektrycznych w ruchu mięśni”. Niektóre eksperymenty Galvaniego zaowocowały pierwszym na świecie odbiorem fal radiowych. Generatorem były iskry z maszyny elektroforowej, anteną odbiorczą był skalpel w rękach Galvaniego, a odbiornikiem było żabie udko. Asystent Galvaniego przeprowadził eksperymenty z maszyną elektryczną w pewnej odległości od wypreparowanej żaby. W tym samym czasie żona Galvaniego, Łucja, zauważyła, że ​​żabie udka kurczą się już w momencie, gdy w maszynie pojawia się iskra, dzięki czemu widać rolę zarówno przypadku, jak i obserwacji.

Eksperymentami Galvaniego zainteresował się włoski fizyk Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745–1827). Był już znanym naukowcem: w 1775 r. zaprojektował elektrofor żywiczny, czyli odkrył substancje elektretowe, w 1781 r. - czuły elektroskop, a nieco później - kondensator, elektrometr i inne przyrządy. W 1776 r. odkrył także przewodnictwo elektryczne płomienia, a w 1778 r. po raz pierwszy ze zbieranego na bagnach gazu uzyskał czysty metan i wykazał zdolność jego zapalania od iskry elektrycznej. Volta był początkowo zagorzałym zwolennikiem teorii Galvaniego o „elektryczności zwierzęcej”. Jednak własne powtórzenie eksperymentów przekonało Voltę, że eksperymenty Galvaniego należy wytłumaczyć zupełnie inaczej: żabia udka nie jest źródłem, a jedynie odbiornikiem prądu elektrycznego. Źródłem są różne metale, które się ze sobą stykają. „Metale są nie tylko doskonałymi przewodnikami” – napisał Volta, „ale także silnikami prądu”.

To było kluczowe stwierdzenie, które umożliwiło stworzenie ogniw galwanicznych, baterii i akumulatorów, które otaczają nas ze wszystkich stron i przez całe życie. Zasada ich działania jest opisana w podręczniku szkolnym i to znacznie bardziej szczegółowo, niż jest to konieczne do dalszego omówienia. Istota jest prosta: w ośrodku przewodzącym (elektrolicie) znajdują się dwa różne przewodniki (elektrody), które reagują z nim w taki sposób, że zostają naładowane przeciwnymi ładunkami. Jeśli połączysz te elektrody (anodę i katodę) z zewnętrznym przewodnikiem (obciążeniem), prąd zacznie przez niego płynąć.

Sprzeciwiając się Galvaniemu, Volta najpierw pozbył się żaby, zastępując ją własnym językiem. Na przykład położył sobie na języku złotą lub srebrną monetę, a pod językiem miedzianą. Gdy tylko dwie monety zostały połączone kawałkiem drutu, w ustach natychmiast poczuł się kwaśny smak, znany każdemu, kto posmakował na języku styków baterii latarki. Następnie Volta całkowicie wykluczył z eksperymentów „elektryczność zwierzęcą”, wykorzystując w swoich eksperymentach wyłącznie instrumenty.

Do wynalezienia pierwszego stałego źródła prądu elektrycznego w roku 1800 pozostał już tylko krok. Stało się tak, gdy Volta połączyła szeregowo pary płytek cynkowych i miedzianych, oddzielonych przekładkami z tektury lub skóry, które nasączono roztworem alkalicznym lub słoną wodą. Konstrukcja ta została nazwana od nazwiska wynalazcy „filarem galwanicznym”. Konstrukcja była ciężka, płyn wyciskano z uszczelek, dlatego Volta zastąpiła ją kubkami z roztworem kwasu, w którym zanurzano paski lub kółka cynku i miedzi (lub srebra). Miseczki połączono szeregowo, a aby zaciski akumulatora były blisko siebie, Volta umieściła poszczególne jego elementy w okręgu. Projekt ten ze względu na swój kształt nazwano „koroną Voltic”.

Po swoim odkryciu Volta stracił nim zainteresowanie i wycofał się z pracy naukowej, pozostawiając innym naukowcom rozwijanie doktryny o elektryczności. Jednak wkład Alessandro Volty w badania nad elektrycznością jest tak znaczący, że jego imieniem nazwano jednostkę napięcia. A kiedy Napoleon zobaczył w bibliotece Akademii Nauk obraz wieńca laurowego z napisem „Do Wielkiego Woltera”, wymazał kilka liter i okazało się, że: „Do Wielkiej Volty”. Kolumna galwaniczna i jej odmiany umożliwiły wielu naukowcom przeprowadzenie eksperymentów z długotrwałym źródłem prądu stałego. To właśnie od tego odkrycia rozpoczęła się era elektryczności. Prawdopodobnie najbardziej entuzjastyczną recenzję odkrycia Volty pozostawił jego biograf, francuski fizyk Dominique François Arago (1786–1853): „Kolumna złożona z kręgów z miedzi, cynku i mokrego sukna. Czego się a priori spodziewać po takim połączeniu? Ale ten zbiór, dziwny i pozornie nieaktywny, ta kolumna odmiennych metali oddzielonych niewielką ilością cieczy, stanowi pocisk cudowniejszy, niż jakiego człowiek nigdy nie wymyślił, nie wyłączając nawet teleskopu i maszyny parowej.

„Ogromne baterie”

Volta postąpił bardzo mądrze, wysyłając w marcu 1800 r. list do Josepha Banksa (1743–1820), prezesa Royal Society of London, wiodącego wówczas ośrodka naukowego. W liście Volta opisał różne konstrukcje swoich źródeł energii elektrycznej, które nazwał galwanicznymi na pamiątkę Galvaniego. Banks był botanikiem, więc pokazał list swoim kolegom – fizykowi i chemikowi Williamowi Nicholsonowi (1753–1815) oraz lekarzowi i chemikowi, prezesowi Royal College of Surgeons Anthony’emu Carlyle’owi (1768–1842). I już w kwietniu, według opisu Volty, wykonali baterię z 17, a następnie z 36 połączonych szeregowo cynkowych kręgów i półkoronowych monet, które następnie wykonano ze srebra próby 925. Pomiędzy nimi umieszczono tekturowe podkładki nasączone słoną wodą.

Podczas eksperymentów Nicholson odkrył uwalnianie się pęcherzyków gazu w pobliżu styku przewodnika cynkowego i miedzianego. Ustalił, że był to wodór – i to po zapachu, gdyż wodór otrzymywany przez rozpuszczenie cynku w kwasach lub zasadach często ma zapach. Cynk zawiera zazwyczaj domieszkę arsenu, który jest redukowany do arsenu, a produkty jego rozkładu mają zapach czosnku. We wrześniu 1800 roku niemiecki fizyk Johann Ritter (1776–1810) zebrał z innej elektrody akumulatora gaz powstający podczas elektrolizy wody i wykazał, że jest to tlen. W tym samym roku angielski chemik William Cruikshank (1745–1800) umieścił płytki cynkowe i miedziane w poziomym długim pudełku - przy czym łatwo było wymienić zużyte (w połowie rozpuszczone i pokryte produktami reakcji) elektrody cynkowe. Gdy nie był używany, elektrolit został spuszczony ze skrzynki, aby nie marnować cynku. Cruikshank użył roztworu chlorku amonu jako elektrolitu, a następnie rozcieńczonego kwasu. Faraday zalecał mieszaninę słabych (1–2%) roztworów kwasu siarkowego i azotowego. W tym elektrolicie cynk powoli się rozpuszczał, uwalniając małe pęcherzyki wodoru. Wodór uwolnił się również na miedzianej anodzie, a siła emf jednego ogniwa akumulatora wynosiła tylko 0,5 V.

Wydzielanie się wodoru na cynku wiąże się z polaryzacją tej elektrody, co zwiększa rezystancję wewnętrzną i obniża potencjał pierwiastka. Aby zapobiec temu zjawisku, brytyjski fizyk i inżynier elektryk William Sturgeon (1783–1850), twórca pierwszego elektromagnesu, stopił płytki cynkowe. W 1840 roku angielski lekarz Alfred Smee (1818–1877) zastąpił elektrodę miedzianą elektrodą srebrną pokrytą szorstką warstwą platyny. Przyspieszyło to uwalnianie pęcherzyków wodoru z roztworu i zwiększyło emf. Baterie tego typu znalazły szerokie zastosowanie w technologii galwanicznej. I tak rzeźby powstały w katedrze św. Izaaka w Petersburgu metodą galwanizacji. Metodę wykonywania kopii elektrolitycznych w metalu opracował petersburski akademik Moritz Hermann (Boris Semenovich) Jacobi w 1838 roku, tuż podczas budowy katedry. Więcej o tej technice można przeczytać na stronie „Biblioteka z książkami o rzeźbie”.

Jedną z najlepszych baterii swoich czasów skonstruował słynny angielski lekarz i chemik William Hyde Wollaston (Wollaston, 1766–1828), słynący z odkrycia palladu i rodu oraz technologii wytwarzania najdelikatniejszych metalowych nici, które stosowane w wrażliwych instrumentach. W każdym ogniwie elektroda cynkowa była otoczona z trzech stron elektrodą miedzianą z małą szczeliną, przez którą do powietrza uwalniane były pęcherzyki wodoru.

Słynny angielski fizyk Humphry Davy (1778–1829) jako pierwszy przeprowadził eksperymenty z baterią podarowaną mu przez samego Voltę; następnie zaczął produkować coraz mocniejsze według własnego projektu - z płytek miedzianych i cynkowych oddzielonych wodnym roztworem amoniaku. Jego pierwsza bateria składała się z 60 takich elementów, ale kilka lat później złożył bardzo dużą baterię, składającą się już z tysiąca elementów. Za pomocą tych baterii po raz pierwszy udało mu się uzyskać metale takie jak lit, sód, potas, wapń i bar, a w postaci amalgamatu - magnez i stront.

Jedna z największych baterii została stworzona w 1802 roku przez fizyka i inżyniera elektryka Wasilija Władimirowicza Pietrowa (1761–1834). Jego „ogromna bateria” złożona z 4200 miedzianych i cynkowych płytek o wielkości „półtora cala” znajdowała się w wąskich drewnianych skrzyniach. Całość baterii składała się z czterech rzędów o długości około 3 m, połączonych szeregowo miedzianymi wspornikami. Teoretycznie taka bateria może wytworzyć napięcie do 2500 V, ale w rzeczywistości dawało około 1700. Ta gigantyczna bateria pozwoliła Pietrowowi na przeprowadzenie wielu eksperymentów: rozkładał prądem różne substancje, a w 1803 r. wytworzył łuk elektryczny dla pierwszy raz na świecie. Za jego pomocą można było topić metale i jasno oświetlać duże pomieszczenia. Jednak serwisowanie tego akumulatora było niezwykle pracochłonne. Podczas eksperymentów płytki utleniały się i wymagały regularnego czyszczenia. Co więcej, jeden pracownik mógł w ciągu godziny wyczyścić 40 talerzy. Pracując 8 godzin dziennie, ten pracownik sam spędziłby co najmniej dwa tygodnie na przygotowaniu baterii do kolejnych eksperymentów.

Prawdopodobnie najbardziej niezwykłe ogniwo galwaniczne wykonał niemiecki chemik Friedrich Wöhler (1800–1882). W 1827 roku ogrzewając chlorek glinu z potasem, otrzymał aluminium metaliczne – w postaci proszku. Uzyskanie aluminium w postaci wlewka zajęło mu 18 lat. W elemencie Wöhlera obie elektrody zostały wykonane z aluminium! Ponadto jeden zanurzono w kwasie azotowym, drugi w roztworze wodorotlenku sodu. Naczynia z roztworami zostały połączone mostem solnym.

Daniela, Leclanche’a i innych

Podstawę współczesnych ogniw galwanicznych opracował w 1836 roku John Frederick Daniel (1790–1845), angielski fizyk, chemik i meteorolog (wynalazł także wilgotnościomierz – higrometr). Danielowi udało się pokonać polaryzację elektrod. W jego pierwszym elemencie kawałek przełyku byka wypełniony rozcieńczonym kwasem siarkowym z prętem cynkowym pośrodku włożono do miedzianego naczynia zawierającego roztwór siarczanu miedzi. Faraday zaproponował izolowanie cynku za pomocą papieru do pakowania, którego pory mogłyby również przepuszczać jony elektrolitu. Ale Daniel zaczął używać porowatego glinianego naczynia jako przepony. Należy zauważyć, że już w 1829 r. Antoine César Becquerel (1788–1878), dziadek bardziej znanego Antoine’a Henriego Becquerela, który odkrył promieniotwórczość i podzielił się nią z rodziną Curie w 1903 r., eksperymentował z elektrodami miedzianymi i cynkowymi zanurzonymi w roztworach azotanu miedzi i cynku odpowiednio siarczan w 1829 r. Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki. Element Daniela przez długi czas wytwarzał stabilne napięcie 1,1 V. Za ten wynalazek Daniel otrzymał najwyższą nagrodę Towarzystwa Królewskiego - Złoty Medal Copleya. Na przestrzeni ostatnich 180 lat pojawiło się wiele modyfikacji tego pierwiastka; w tym samym czasie ich twórcy próbowali różnych sposobów pozbycia się porowatego naczynia.

Wraz z pojawieniem się linii telegraficznych pojawiło się zapotrzebowanie na wygodniejsze i tańsze źródła prądu, bez porowatych przegród, z jednym elektrolitem i długą żywotnością. W 1872 r. pierwiastek Daniela został zastąpiony normalnym pierwiastkiem Josiaha Latimera Clarka (1822–1898): elektroda dodatnia - rtęć, ujemna - 10% amalgamat cynku, emf 1,43 V. A w 1892 r. został zastąpiony pierwiastkiem rtęciowo-kadmowym Edwarda Weston (1850–1936) o SEM 1,35 V. Jego modyfikacja, zwana normalnym elementem Westona, do dziś stosowana jest jako wzorzec napięcia – przy małych obciążeniach daje bardzo stabilne napięcie w zakresie 1,01850–1,01870 V, znane m.in. dokładność do piątego znaku.

Jedna wersja pierwiastka Daniela, która nie posiadała porowatej przegrody, została opracowana w 1859 roku przez niemieckiego fizyka i wynalazcę Heinricha Meidingera (1831–1905). Na dnie naczynia znajduje się elektroda miedziana i kryształki siarczanu miedzi (pochodzą z lejka), na górze zamocowana jest elektroda cynkowa. W dolnej części pozostaje ciężko nasycony roztwór siarczanu miedzi: dyfuzji jonów miedzi do elektrody cynkowej przeciwdziała wyładowanie tych jonów podczas pracy elementu, a granica między roztworami wyróżnia się bardzo ostro. Stąd nazwa źródeł tego typu – pierwiastek grawitacyjny. Element Meidingera może pracować nieprzerwanie przez kilka miesięcy bez konserwacji i dodawania odczynników. Element ten był szeroko stosowany w Niemczech od 1859 do 1916 roku jako źródło zasilania kolejowej sieci telegraficznej. Podobne źródła istniały we Francji i USA – pod nazwą elementów Callot i Lockwood. Pierwiastek zaproponowany w 1839 roku przez angielskiego fizyka i chemika Williama Roberta Grove’a (1811–1896) miał dobre właściwości. Elektrody w nim były cynkowe i platynowe, oddzielone porowatą przegrodą i zanurzone odpowiednio w roztworach kwasu siarkowego i azotowego.

Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899), znany ze swoich odkryć i wynalazków (analiza spektralna, palnik itp.), zastąpił kosztowną elektrodę platynową węglem prasowanym. Elektrody węglowe są również obecne w nowoczesnych akumulatorach, ale w Bunsenie zanurzono je w kwasie azotowym, który pełni rolę depolaryzatora (obecnie są to dwutlenek manganu). Elementy Bunsena są od dawna szeroko stosowane w laboratoriach. Mogły zapewnić, choć na krótki czas, duży prąd. Elementy Bunsena stosował na przykład młody Charles Martin Hall (1863–1914), który odkrył elektrolityczną metodę produkcji aluminium. Wiele takich ogniw zostało połączonych, tworząc baterię; Jednocześnie na 1 g wyizolowanego aluminium potrzeba było prawie 16 g cynku! Francuski chemik i wynalazca Edme Hippolyte Marie-Davy (1820–1893) zastąpił kwas azotowy w elemencie Bunsena pastą siarczanu rtęci (I) i kwasu siarkowego; Elektrolitem był roztwór siarczanu cynku. W 1859 roku porównano baterię składającą się z 38 takich ogniw (semf każdego 1,4 V) z baterią złożoną z 60 ogniw Daniela. Pierwszy działał przez 23 tygodnie, drugi - tylko 11. Jednak wysoki koszt i toksyczność soli rtęci uniemożliwiły powszechne stosowanie takich pierwiastków.

Niemiecki fizyk Johann Christian Poggendorff (1796–1877) jako depolaryzator swojego pierwiastka zastosował roztwór dwuchromianu potasu w kwasie siarkowym. Poggendorff jest znany jako wydawca magazynu Annalen der Physik und Chemie- Funkcję tę pełnił przez 36 lat. Element Poggendorffa wytwarzał największe pole elektromagnetyczne (2,1 V) i przez krótki czas wysoki prąd. Istotną zaletą była możliwość wyjęcia elektrody cynkowej z roztworu w celu jej oczyszczenia lub wymiany.

Warren de la Rue (1815–1889), który jako pierwszy wykonał zdjęcia Księżyca i Słońca, w 1868 r. zmontował dużą baterię składającą się z 14 tysięcy ogniw. Elektrody w nich były pokryte srebrem chlorkiem srebra i amalgamowanym cynkiem, a elektrolitem był roztwór chlorku sodu, chlorku cynku lub wodorotlenku potasu. Ogniwa z chlorku cynku i srebra są nadal używane; przechowuje się je w suchym miejscu i aktywuje poprzez napełnienie wodą słodką lub morską, po czym element może pracować do 10 miesięcy. Z takich elementów mogą skorzystać ofiary wypadku wodnego. Tańsze, ale mniej wydajne ogniwa wykorzystują elektrodę Cu/CuCl.

Jednym z najbardziej znanych źródeł prądu chemicznego jest pierwiastek manganowo-cynkowy, opisany w 1868 roku przez francuskiego chemika Georgesa Leclanche'a (1839–1882), a opracowany przez niego kilka lat wcześniej. W tym ogniwie elektroda węglowa jest otoczona depolaryzatorem dwutlenku manganu zmieszanego z proszkiem węglowym w celu uzyskania lepszej przewodności elektrycznej. Aby zapobiec kruszeniu się mieszaniny podczas wlewania elektrolitu (roztworu chlorku amonu), umieszczono ją wraz z anodą w porowatym naczyniu. Element Leclanche służył długo, nie wymagał konserwacji i potrafił generować całkiem duży prąd. Chcąc uczynić to wygodniejszym, Leclanche zdecydował się zagęścić elektrolit pastą. To zmieniło sytuację w rewolucyjny sposób: elementy Leclancheta nie bały się już przypadkowego przewrócenia, można je było używać w dowolnej pozycji. Wynalazek Leclanche'a natychmiast odniósł sukces komercyjny, a sam wynalazca, porzucając swój główny zawód, otworzył fabrykę do produkcji elementów. Ogniwa manganowo-cynkowe Leclancheta były tanie i produkowane w dużych ilościach. Jednak nazywanie ich „suchymi” nie jest do końca poprawne: elektrolit w nich był „półpłynny”, ale w prawdziwych suchych ogniwach powinien być stały. Leclanche zmarł w wieku 43 lat, zanim wynaleziono takie pierwiastki.

W latach 1802–1812 zbudowano kilka suchych baterii, z których najsłynniejszą jest tzw. filar zamboniewa, czyli zamboniewa (patrz „Chemia i życie” nr 6, 2007). Włoski fizyk i ksiądz Giuseppe Zamboni (1776–1846) w 1812 r. zbudował kolumnę z kilkuset papierowych krążków, na których jednej stronie znajdowała się cienka warstwa cynku, a na drugiej mieszanina dwutlenku manganu i gumy roślinnej. Elektrolitem była wilgoć zawarta w papierze. Taki biegun wytwarzał wysokie napięcie, ale tylko bardzo mały prąd. To właśnie filar Zamboni od prawie dwóch stuleci pozwala dzwonić filiżankom w dzwonku znajdującym się w Laboratorium Clarendon w Oksfordzie. Jednak taka bateria nie nadaje się do celów praktycznych.

Pierwsze suche ogniwo galwaniczne, które można było zastosować w praktyce, zostało opatentowane w 1886 roku przez niemieckiego inżyniera Karla Gassnera (1855–1942). Zachodzące w nim reakcje chemiczne były takie same jak w poprzednich konstrukcjach: Zn + 2MnO 2 + 2NH 4 Cl → 2MnO(OH) + Cl 2. W tym przypadku elektroda cynkowa służyła jednocześnie jako pojemnik zewnętrzny. Elektrolitem była mieszanina mąki i gipsu, absorbowano na nim roztwór chlorków amonu i cynku (gips zastąpiono później skrobią). Dodatek chlorku cynku do elektrolitu znacząco zmniejszył korozję elektrody cynkowej i wydłużył okres trwałości ogniwa. Elektrodą dodatnią był pręt węglowy otoczony masą dwutlenku manganu i sadzy w papierowej torbie. Element został uszczelniony od góry bitumem. Pojemność elementów została zrekompensowana ich rozmiarem. Pierwiastek solny Gassnera, w ogólności, przetrwał do dziś i jest produkowany w ilościach wielu miliardów sztuk rocznie. Ale w XX wieku konkurowały z nimi pierwiastki alkaliczne, które czasami błędnie nazywa się „alkalicznymi”, nie zadając sobie trudu zajrzenia do słownika podczas tłumaczenia z angielskiego.

Podsumowując, zauważamy, że baterie galwaniczne tej czy innej konstrukcji były głównymi źródłami energii elektrycznej aż do wynalezienia dynama.

Siła elektromotoryczna. - „Elementy”.

Volta wskazał, że jego elektrofor „nadal działa nawet trzy dni po naładowaniu”. I dalej: „Moja maszyna pozwala uzyskać prąd w każdą pogodę i daje efekt doskonalszy niż najlepszy dysk i kula (elektrostatyczny – przyp. autora) maszyny.” Zatem elektrofor to urządzenie, które pozwala na wytworzenie potężnych wyładowań elektryczności statycznej. Wydobyta z niego Volta „iskrzy na grubość dziesięciu, dwunastu palców, a nawet więcej…”.

Elektrofor Volty posłużył jako podstawa do budowy całej klasy maszyn indukcyjnych, tzw. maszyn „elektroforowych”.

W 1776 roku Volta wynalazł pistolet gazowy - „pistolet Volta”, w którym metan eksplodował z iskry elektrycznej.

W 1779 roku Volta został zaproszony do objęcia katedry fizyki na uniwersytecie o tysiącletniej historii w mieście Pawia, gdzie pracował przez 36 lat.

Postępowy i odważny profesor zrywa z językiem łacińskim i uczy studentów z książek napisanych w języku włoskim.

Volta dużo podróżuje: Bruksela, Amsterdam, Paryż, Londyn, Berlin. W każdym mieście witają go spotkania naukowców, świętują z honorami i wręczają złote medale. Jednak „najwspanialsza godzina” Volty jest jeszcze przed nami; nadejdzie za ponad dwie dekady. W międzyczasie na piętnaście lat odchodzi od badań nad elektrycznością, prowadzi miarowe życie jako profesor i zajmuje się różnymi rzeczami, które go interesują. W wieku ponad czterdziestu lat Volta poślubił szlachetną Teresę Pellegrinę, która urodziła mu trzech synów.

A teraz - sensacja! Profesor natrafia na niedawno opublikowany traktat Galvaniego „O siłach elektrycznych w ruchu mięśni”. Ciekawa jest przemiana stanowiska Volty. Początkowo podchodzi do traktatu ze sceptycyzmem.

Następnie powtórzył eksperymenty Galvaniego i już 3 kwietnia 1792 roku napisał do tego ostatniego: „...od kiedy stałem się naocznym świadkiem i obserwowałem te cuda, być może przeszedłem od nieufności do fanatyzmu”.

Wkrótce bystre oko fizyka zauważa coś, co nie przykuło uwagi fizjologa Galvaniego: drżenie żabich nóg obserwuje się tylko wtedy, gdy dotyka się ich drutami wykonanymi z dwóch różnych metali. Volta sugeruje, że mięśnie nie biorą udziału w wytwarzaniu prądu elektrycznego, a ich skurcz jest efektem wtórnym, wywołanym pobudzeniem nerwu. Aby to udowodnić, przeprowadza słynne doświadczenie, w którym wykrywa się kwaśny posmak na języku, gdy przyłoży się do jego końcówki blaszkę lub ołowianą płytkę, a następnie przyłoży się srebrną lub złotą monetę do środka języka lub do policzka i talerz i moneta są połączone drutem. Podobny gust czujemy, gdy poliżemy jednocześnie dwa styki baterii. Kwaśny smak zmienia się w „alkaliczny”, to znaczy wydziela gorzki smak, jeśli metalowe przedmioty zostaną zamienione miejscami na języku.

W czerwcu 1792 roku, zaledwie trzy miesiące po tym, jak Volta zaczął powtarzać eksperymenty Galvaniego, nie miał już żadnych wątpliwości: „Zatem metale są nie tylko doskonałymi przewodnikami, ale także silnikami prądu; nie tylko zapewniają najłatwiejszą ścieżkę przepuszczania prądu elektrycznego

płyn, ... ale one same powodują tę samą nierównowagę, wydobywając ten płyn i wprowadzając go, podobnie jak to dzieje się podczas pocierania idioelektryków” (tak nazywano ciała, które w czasach Volty były naelektryzowane przez tarcie – przyp. autora).

Volta ustanowił więc prawo naprężeń kontaktowych: dwa różne metale powodują „nierównowagę równowagi” (w nowoczesnym ujęciu tworzą różnicę potencjałów) między obydwoma, po czym zaproponował nazwanie uzyskanej w ten sposób energii elektrycznej nie „zwierzęcą”, ale „ metaliczny".

Tak rozpoczęła się jego siedmioletnia podróż do naprawdę wspaniałego dzieła. Pierwsza seria unikalnych eksperymentów pomiaru różnic potencjałów kontaktowych (CPD) zaowocowała zestawieniem słynnej „serii Volta”, w której pierwiastki ułożone są w następującej kolejności: cynk, folia cynowa, ołów, cyna, żelazo, brąz, miedź, platyna, złoto, srebro, rtęć, grafit.

Każdy z nich, wchodząc w kontakt z którymkolwiek z kolejnych członków serii, otrzymuje ładunek dodatni, a ten kolejny otrzymuje ładunek ujemny. Na przykład żelazo (+) / miedź (-); cynk (+) / srebro (-) itp. Volta nazywa siłę wytwarzaną przez kontakt dwóch metali elektrowzbudzeniową lub siłą elektromotoryczną. Siła ta przemieszcza prąd, powodując powstanie różnicy napięcia pomiędzy metalami. Volta ustalił ponadto, że różnica napięcia będzie tym większa, im dalej metale będą od siebie oddalone. Na przykład żelazo/miedź – 2, ołów/cyna – 1, cynk/srebro – 12.

W latach 1796-1797 Odkryto ważne prawo: potencjalna różnica między dwoma wyrazami szeregu jest równa sumie potencjalnych różnic wszystkich wyrazów pośrednich:

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

Rzeczywiście, 12 = 1 + 2 + 3 + 1 + 5.

Ponadto eksperymenty wykazały, że w „szeregie zamkniętym” nie powstają różnice napięcia: A/B + B/C + C/D + D/A = 0. Oznaczało to, że poprzez kilka styków czysto metalicznych nie można było uzyskać wyższych napięć niż przy bezpośrednim kontakcie tylko dwóch metali.

Ze współczesnego punktu widzenia teoria elektryczności kontaktowej zaproponowana przez Voltę była błędna. Liczył na możliwość ciągłego pozyskiwania energii w postaci prądu galwanicznego bez wydatkowania innego rodzaju energii.

Mimo to pod koniec 1799 roku Volcie udało się osiągnąć to, czego chciał. Najpierw ustalił, że kiedy dwa metale stykają się, jeden podlega większym naprężeniom niż drugi.

Na przykład podczas łączenia płytek miedzianych i cynkowych płyta miedziana ma potencjał 1, a płyta cynkowa ma potencjał 12. Liczne późniejsze eksperymenty doprowadziły Voltę do wniosku, że ciągły prąd elektryczny może powstać tylko w obwodzie zamkniętym złożonym różnych przewodników - metali (które nazywał przewodnikami pierwszej klasy) i cieczy (które nazywał przewodnikami drugiej klasy).