Занимательная физика в вопросах и ответах. 
Сайт Елькина Виктора.
(Заслуженный учитель РФ. Учитель-методист.)       
Занимательная  физика   Биофизика   А знаете ли Вы?   Астрономия    Физика в походе   Физика и техника
  Физика и медицина    Физика  и  поэзия  Народная  мудрость  Занимательные опыты 
 Радиотехника для всех    Необычные явления   Форум   Бочка Паскаля   Оптика
Старинные  задачи   Сообразилки   Шаровая молния

Странички истории

История открытия гальванического элемента

  На протяжении XVIII в. шел процесс формирования отдельных научных дисциплин (таких, как химия, физика и др.), выделения их из неопределенной области натуральной философии. Ускорению этого процесса способствовали успехи в изучении тепловых и особенно электрических явлений, сведения о которых стали значительно более обширными и упорядоченными, чем в начале столетия.

Последующее развитие учения об электричестве с конца XVI11 в. пошло по двум направлениям — по пути разработки теории равновесия электрических зарядов (электростатики) и по имеющему непосредственное отношение к рассматриваемой теме пути изучения движения электричества, сначала так называемого гальванизма, а затем электрического тока.

Получение “гальванического электричества”, изучение его, а позднее и электрического тока привели не только к принципиально новым открытиям, но и к установлению самой природы электричества.

Удивимся еще раз гению М.В.Ломоносова. Хотя М.В.Ломоносов и не разработал специальной теории электричества, однако в неоконченной диссертации “Теория электричества, разработанная математическим путем” он не только первый в русской науке употребил термин “электрический ток”, но и, не привлекая для выяснения природы электричества понятия “электрическая жидкость”, задолго до Дж. К. Максвелла высказал гипотезу о единой природе световых и электрических явлений.

Открытие гальванизма стало следствием интереса к физиологическому действию электричества. Развитию исследований в этой области способствовала надежда на использование электричества для лечебных целей. Когда узнали о производимом на человеческий организм действии электричества, вспомнили не только о том, что нечто подобное возникает во время купания при случайном контакте с морским скатом (названным впоследствии электрическим), но и о том, что в книгах древних греческих и римских писателей были сведения о лечебном действии ударов скатов.

Действие электричества на человеческий организм изучали многие. Например, один из вождей Великой французской революции, врач по профессии Жан Поль Марат даже получил золотую медаль Руанской академии за сочинение по электротерапии (выражаясь современным языком).

Итальянский физиолог и анатом, профессор медицины Болонского университета Луиджи Гальвани (1737—1798) также заинтересовался физиологическим действием электричества, начав в 1780 г. опыты с препарированными животными, используя при этом электростатическую машину и лейнденскую банку. Свои эксперименты Л.Гальвани проводил с различными животными, но чаще всего — с лягушками, что увековечено в изображении на мемориальной доске, установленной на доме ученого.

Точно неизвестно, как именно Л.Гальвани сделал свое открытие. Сам он излагал разным людям различные версии. Одна из них такова: его жена Лючия простудилась, и врач прописал ей “укрепительный бульон” из лягушек, препарированием которых и отделением лапок для подготовки к варке занялся сам любящий муж...

В 1786 г. после 11 лет исследований Л.Гальвани открыл явления сокращения мышц свежепрепарированной лягушки при прикосновении к ним стального скальпеля, если вблизи проскакивали искры от кондуктора электростатической машины или лейденской банки. Он понял, что перед ним открылось что-то новое, и решил тщательно исследовать наблюдаемое явление. Это было сделать непросто, ведь действовали одновременно три компонента: электрическая машина (позднее — атмосферное электричество во время грозы), скальпель и препарированные лапки лягушки.

Проведя серию экспериментов (о которых он рассказал в 1791 г. в статье “Об электрических силах при мускульных движениях”), Л.Гальвани, исключив в процессе своих опытов влияние электрической машины и атмосферного электричества, выяснил, что сокращения мышц лягушки становятся более сильными и длительными и происходят всегда, если препарированные конечности контактируют с разнородными металлами (использовался латунный “крючок, пропущенный через спинной мозг таким образом, что ноги лягушки касались серебряной чашки”, или препарированные конечности располагались на железной дощечке, и к ним прикасались медным крючком).

Проведя серию экспериментов (о которых он рассказал в 1791 г. в статье “Об электрических силах при мускульных движениях”), Л.Гальвани, исключив в процессе своих опытов влияние электрической машины и атмосферного электричества, выяснил, что сокращения мышц лягушки становятся более сильными и длительными и происходят всегда, если препарированные конечности контактируют с разнородными металлами (использовался латунный “крючок, пропущенный через спинной мозг таким образом, что ноги лягушки касались серебряной чашки”, или препарированные конечности располагались на железной дощечке, и к ним прикасались медным крючком).

Обернув нерв препарированной лягушки оловянной фольгой (станиолем) и наблюдая при этом особенно сильные судороги, ученый усложнил опыт, включив в цепь несколько держащихся ,за руки человек. При этом по-прежнему отмечалось сокращение мышц лягушки. Л.Гальвани заметил, что, если в цепь с лягушкой ввести два одинаковых металлических проводника, сокращения мышц не происходит.

Как видно из сказанного, Л.Гальвани вплотную подошел к открытию “гальванического элемента”, однако не сделал его, будучи в плену своей теории: он считал, что им открыто “животное электричество”, вырабатываемое организмом лягушки, а мышцы ее при этом играют роль чувствительного регистратора этого электричества, уподобляясь заряженной лейденской банке.

Ошибка Л.Гальвани, который не смог понять природу открытого им явления, вполне объяснима, если учесть, что он был прежде всего физиолог. Тем не менее сделанное им открытие навсегда сохранило в науке его имя. До сих пор в названиях многих приборов и процессов используется термин “гальванический”. Что касается “животного электричества”, оно, как стало известно много позднее, существует (это то, что мы сегодня называем биотоками).Во времена Л.Гальвани электрофизиологические явления еще не созрели для научного анализа. Тем более велика заслуга его соотечественника, итальянского физика и химика Алессандро Вольта (1745-1827), увидевшего в открытии Гальвани совершенно новое явление — создание потока электрических зарядов (по терминологии Вольта — “электрических флюидов”), т.е. электрического тока. Это привело к качественному скачку в науке об электричестве и к появлению электрической техники.

 Заинтересовавшись опытами Гальвани с “животным электричеством”, А.Вольта начал повторять их, сначала полностью приняв его точку зрения. Однако в результате длительной серии опытов и размышлений по их поводу А.Вольта пришел к выводу, что причиной сокращения мышц служит не “животное электричество”, а наличие цепи из разных проводников в жидкости, при этом “препарированная лягушка представляет собой, если можно так выразиться, животный электрометр, несравненно более чувствительный, чем всякий другой самый чувствительный электрометр”.

Чтобы исключить физиологический объект, А.Вольта заменяет лапку лягушки электрометром и отмечает: “Все действие возникает первоначально вследствие прикосновения металлов к какому-либо влажному телу или к самой воде. В силу такого прикосновения электрический флюид гонится в это влажное тело или воду от самих металлов, от одного больше, от другого меньше (больше всего от цинка, меньше всего от серебра). При установлении непрерывного сообщения между соответствующими проводниками этот флюид совершает постоянный круговорот”. Из этих слов видно, что А. Вольта правильно понял механизм разделения электрических зарядов, основанный на растворении металлов и переходе в электролит их ионов.

Установив, что именно металлы служат “возбудителями и двигателями” электрических зарядов, А.Вольта это их движение (великодушно признавая заслуги Л.Гальвани) назвал “гальванизмом”, или “гальваническим электричеством” — так и позднее долгое время называли электрический ток. Именно с этого времени в науке начинает широко применяться термин “электрический ток”, хотя до понимания природы электрического тока было еще далеко.

Более того, А.Вольта заметил, что движение зарядов тем сильнее, “чем дальше отстоят друг от друга при мененные два металла в том ряду, в каком они поставлены здесь: цинк, оловянная фольга, обыкновенное олово в пластинках, свинец, железо, латунь и различного качества бронза, медь, платина, золото, серебро, ртуть, графит”. Данное перечисление не что иное, как “ряд Вольты”.

Наконец в конце 1799 г. А.Вольта приходит к окончательному выводу: “Проводник второго класса (жидкий) находится в середине и соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух различных металлов... вследствие этого возникает электрический ток того или иного направления”. Он создает свой знаменитый источник постоянного электрического тока: “Я взял несколько дюжин круглых медных пластинок, а еще лучше серебряных, диаметром примерно в один дюйм и такое же количество оловянных или, лучше, цинковых пластинок. Затем из пористого материала, который может впитывать и удерживать много влаги (картон, кожа), я вырезал достаточное число кружков. Все эти пластинки я расположил таким образом, что металлы накладывались друг на друга всегда в одном и том же порядке и что каждая пара пластинок отделялась от следующей влажным кружком из картона или кожи...”

Свой генератор электрического тока (или, выражаясь современным языком, первый химический источник электрического тока) А. Вольта назвал “электрическим органом”. Его современники дали название “вольтов столб”. Позднее! стали говорить о “батарее гальванических элементов”.

До изобретения Вольты единственным! источником электрической энергии были электрофорные машины, действие которых было основано на электростатическом индуцировании зарядов и их накоплении. Такие машины позволяли получать на обкладках лейденских банок высокие напряжения (до десятков тысяч вольт), реализовать искровые разряды, но генерируемые ими заряды были очень малы (~ I0~s Кл\. Гальванический элемент Вольты позволил создать непрерывный поток электрических зарядов, исследовать явления, связанные с протеканием электрического тока, нашедшие, как стало известно очень скоро, огромное практическое применение. Кроме того, заряд в 1 Кл, например, практически невозможно сообщить телу размером ~ I м, тогда, как привести в движение в проводнике заряд в 1 Кл не представляет большого труда с помощью гальванического элемента (именно такой заряд переносится) за 1 с через поперечное сечение провод-] ника при силе тока в 1 А).

О своем открытии А.Вольта впервые заявил в марте 1800 г, Летом того же года сообщение об открытии Вольты делается на заседании Лондонского королевского общества. Впервые публично А. Вольта доложил о результатах своих] исследований осенью 1800 г. на заседании Парижской академии наук. Это его сообщение произвело на ученых огромное впечатление. Во время второго посещения Парижа на докладе Вольты с демонстрацией созданного им “электрического органа” вместе с членами Парижской академии наук 1 декабря 1801 г. присутствовал первый консул Франции — генерал Бонапарт, Именно по его предложению, в нарушение всех традиций, итальянскому ученому была присуждена большая золотая медаль академии — как знак уважения Франции. Интерес Бонапарта к А. Вольте не исчез и после того, как генерал стал императором Франции, — А. Вольта получил титул графа, стал сенатором Ломбардского королевства, кавалером ордена Почетного легиона. Когда в 1804 г. А. Вольта решил оставить преподавание в Тессинском университете, Наполеон просил передать ему следующее: “Я не могу согласиться на отставку Вольты ... добрый генерал должен умереть на поле чести”. Вольта работал на кафедре вплоть до 1819 г., после чего оставил и университет, и науку, прожив последние 8 лет окруженный только членами семьи.

Одной из первых монографий, посвященных описанию нового источника тока, была монография русского физика и химика, профессора Петербургской медико -хирургической академии Василия Владимировича Петрова (1761 — 1834) — “Известия о Гальвани - Вольтовых опытах...” (1803). В. В. Петров поставил своей главной задачей “описать по-российски и расположить в надлежащем порядке деланные самим мною важнейшие и любопытнейшие опыты посредством гальвани-вальтовской батареи”. В работе не только описывается устройство батареи, но и даются практические указания по ее изготовлению.

В. В. Петров построил огромную, самую мощную по тому времени батарею, состоящую из 2100 гальванических элементов — 4200 цинковых и медных кружков, разделенных пропитанными нашатырем бумажными прокладками и расположенных, в отличие от вольтова столба, горизонтально. “Огромная  батарея” Петрова состояла из четырех рядов, каждый 10 футов длиной, соединяемых последовательно, причем медный кружок первого ряда и последний цинковый кружок четвертого ряда он назвал полюсами. Электродвижущая сила батареи Петрова была около 1600 В.

О В .В. Петрове следует рассказать еще и потому, что его работы оказались совершенно неизвестными за рубежом. Многие его открытия приоткрывались, а на родине забвение его трудов и имени началось еще при жизни ученого. Даже открытая и исследованная

В. В. Петровым электрическая дута (на 8 лет раньше Г. Дэви), в которой он наблюдал плавление металлов (начало будущей электрометаллургии) и которую он предложил использовать для восстановления с ее помощью окислов металлов и для освещения, была названа вольтовой дугой.

Изучая химические, тепловые и другие действия электрического тока, В. В. Петров пришел к некоторым результатам, относящимся к законам постоянного тока. Он первым начал исследовать электролитическое действие тока, разработал оригинальные конструкции электростатических машин и приборов, технологию изготовления соединительных проводников с изоляцией, доказал возможность электризации изолированных металлов трением (путем “стегания” их различными телами). Из других результатов научной деятельности В.В.Петрова упомянем его пионерские исследования в области люминесценции (хеми-, био- и фотолюминесценции).

Создание источника постоянного электрического тока способствовало дальнейшему развитию науки об электричестве (работы X.Эрстеда, Д.Араго, А.Ампера, Г.Ома, М.Фарадея, Д.Джоуля и других ученых). В частности, работы Фарадея — это целые главы в разных областях науки (электричество, электрохимия, электромагнетизм и др.), а весь комплекс его открытий — это эпоха в развитии не только физики, но и естествознания в целом.

Но вернемся к главному открытию А. Вольты, чтобы еще раз подчеркнуть его значение. В XIX в. во все убыстряющемся развитии машинной индустрии, первоначальной энергической основой которой были паровые машины, все большую роль стала играть электротехника (телеграф русского физика и востоковеда П. Л. Шиллинга, первая телеграфная линия С. Морзе и десятки телеграфных компаний в США, изобретение русским ученым Б.С.Якоби гальванопластики и первого электродвигателя, работавшего от батареи гальванических элементов, все более совершенные электроизмерительные приборы и т.д.), с конца века электромашиностроение. Появление вслед за изобретением источника электрического тока (сначала химического, а позднее электромагнитного) электрической промышленности, — пожалуй, самая характерная черта последнего века второго тысячелетия и современной цивилизации. Век пара сменился эпохой электричества.
Е.Э.БОРОВСКИЙ (г. Москва, профессиональный экологический лицей № 330)
 
       Источник. ж. Физика в школе, №8.2001. с.16.

назад

   Занимательная физика    Биофизика   А знаете ли Вы?   Астрономия    Физика в походе  
 Физика и техника  Физика и медицина    Физика  и  поэзия 
Народная  мудрость   Необычные явления   Форум
Радиотехника для всех    Бочка Паскаля   Занимательные опыты


Rambler's Top100

рекомендую прием врача остеопата в самаре
Hosted by uCoz