Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Изобретение гальваноэлемента

История физики полна курьезов и парадоксов, в чем успел убедиться читатель. Если спросить у человека, далекого от точных наук, кто изобрел гальванический элемент, то можно услышать в ответ, что это сделал итальянский врач Л. Гальвани. В действительности создатель первого гальванического элемента безвестен, а само изобретение насчитывает несколько тысячелетий.

Об этом мы можем судить благодаря удивительной археологической находке, сделанной под Багдадом. Ученые во время раскопок древнего города Вавилона, находившегося прежде на этом месте, обнаружили странную конструкцию из металлических кружков, в которой специалисты узнали очень примитивную гальваническую батарею. Для чего понадобилась батарейка в ту далекую эпоху, никому неизвестно. Находка отнесена к числу самых загадочных артефактов.

Гальвани же не мог создать гальваноэлемент, поскольку придерживался ошибочных взглядов на сущность открытого им явления. Заинтересованный действием электрического тока на живые ткани, ученый в 1780-х гг. проводит серию экспериментов над препарированными лягушками. Гальвани наблюдал, как во время грозы мышцы лягушек, подвешенных на металлические крюки, сокращаются под действием атмосферного электричества.

Однако более поздние опыты, поставленные в ясную погоду и в комнатных условиях, показали, что мышцы у препарированных лягушек все равно сокращаются время от времени. Спинной мозг у таких лягушек был по-прежнему соединен с медным крюком, который касался железной пластины. Врач решил, что обнаружил «живое электричество», вырабатываемое организмом лягушки. Над Гальвани многие посмеялись. «На меня нападают две совершенно противоположные партии: ученые и невежды, — писал впоследствии Гальвани. — И те и другие называют меня лягушачьим учителем танцев».

Возможно, замечательное открытие оказалось бы забыто, но необычными опытами заинтересовался соотечественник Гальвани, физик А. Вольта, который доказал, что в организме лягушки нет «живого электричества». До известной степени Вольта ошибался, поскольку в организме любого живого существа присутствуют электрические заряды. Электротоки постоянно перемещаются в тканях, в первую очередь в нервной, передавая по ней импульсы в мозг и из мозга. Электротоки особенно ярко проявляются при работе мышц — скелетных и сердечной.

Электрокардиограммы (ЭКГ) и электроэнцефалограммы (ЭЭГ) составляются по данным измерений интенсивности биотоков, чтобы проследить за работой сердечной мышцы и коры головного мозга. Тем не менее Вольта был прав в одном: в своих экспериментах Гальвани не смог бы выявить электротоки в организме лягушки, поэтому «живого электричества» врач не открыл. Физик предположил, что мускулатура животного послужила всего лишь индикатором присутствия тока, т. е. среагировала на него сокращениями.

Мышцы лягушки в экспериментах Вольта сокращались под воздействием обычного электричества (не «живого») точно так же, как в опытах Гальвани. Источником тока в опытах врача послужил, видимо, контакт двух металлов, а именно меди и железа. Тканевые жидкости в теле лягушки играли роль дополнительного проводника, помещенного между металлами. Отталкиваясь от своих предположений, физик сконструировал первую гальваническую батарею, повлиявшую на дальнейшее развитие науки.

Вольтов столб, как назвали этот источник постоянного тока ученые, состоял из ряда металлических пластин двух типов — цинковых и серебряных, разделенных картонными кружками, которые предварительно пропитывались соленой водой. Поскольку приборов для измерения тока тогда не существовало, то Вольта использовал собственную руку для регистрации тока. Если подключить гальванический элемент в замкнутую цепь, проходящую через человеческое тело, то возникают сходные ощущения, как в эксперименте с лейденской банкой.

Вольта объяснил возникновение тока дисбалансом электрических зарядов в батарее. Когда взаимодействуют разнородные металлы, то в них нарушается равновесие электрических зарядов. В замкнутой цепи заряды приходят в движение, стремясь прийти к равновесию. Но поскольку это не удается, то заряды движутся постоянно, порождая непрекращающийся электрический ток. В дальнейшем Вольта усовершенствовал свой столб, предложив чашечную батарею гальваноэлементов.

Используя химическое действие электротока, ученые стали применять батареи для проведения исследования веществ. Так, к примеру, англичанин Дэви в 1807 г. открыл неизвестные до того момента элементы калий и натрий, расщепляя постоянным током некоторые щелочи. Ныне батареи применяются невероятно широко почти во всех компактных или переносных устройствах, работающих от электротока.