Опыт гальвани с лягушкой коротко. Что именно открыл луиджи гальвани? Вопросы для подготовки

Васильчиков П.И., гр. 133-5

Занятие №1. Электрические явления в возбудимых тканях

Практическая работа № 1

Приготовление нервно-мышечного препарата

Цель работы: овладеть методикой приготовления нервно-мышечного препарата.

Материалы и оборудование: лягушка, марлевые салфетки, инструменты для препарирования, дощечка для препарирования, чашка Петри, 0,6% раствор хлорида натрия.

Ход работы:

1) Приготовление препарата задних лапок;

2) Приготовление реоскопической лапки;

3) Приготовление нервно-мышечного препарата;

Схема приготовления нервно-мышечного препарата.

Практическая работа № 2

Первый опыт Гальвани

Цель работы: ознакомится с опытом Л. Гальвани, на основании которого впервые был поставлен вопрос о существовании «животного электричества».

Материалы и оборудование:

Ход работы: Для работы использовать препарат задних лапок лягушки. Препарат поместить на стеклянную пластинку. Прикоснувшись к нервным сплетениям браншами гальванического пинцета, наблюдать возникающие при этом сокращения мышц.

Результаты и обсуждения: при прикосновении к нервным стволам цинковой и медной пластинками наблюдаем сокращения лапок.

Вывод: Ознакомились с первым опытом Гальвани, на основании которого был поставлен вопрос о существовании «животного элкричества».

Практическая работа № 3

Второй опыт Гальвани

Цель работы: ознакомление с опытом, показывающим раздражающее действие тока, возникающего непосредственно в тканях.

Материалы и оборудование: лягушка, марлевые салфетки, инструменты для препарирования, дощечка для препарирования, чашка Петри, гальванический пинцет, 0,6% раствор хлорида натрия.

Ход работы: Для работы использовать реоскопическую лапку лягушки. Препарировать седалищный нерв до коленного сустава. Сохраняя нерв отсечь бедро в нижней его трети. Быстро набрасывать нерв (держа его за остатки позвоночника) на оставшиеся мышцы бедра таким образом, чтобы он одновременно коснулся поврежденной (поперечной) и неповрежденной (продольной) поверхности мышцы (рис. 1). Мышцы голени при этом сокращаются (рис. 2). Раствором Рингера препарат не смачивать!

Вывод: Ознакомились с опытом, показывающим раздражающее действие тока, возникающего в тканях.

Практическая работа № 4

Вторичный тетанус (опыт К. Маттеуччи)

Цель работы: убедиться в возникновении биотоков (потенциалов действия) при возбуждении мышечной ткани.

Материалы и оборудование:

Ход работы: Для работы используются две реоскопические лапки.

Результат: При прикладывании нерва одной лапки к поврежденной мышце второй и подачи на 1-ю напряжения, наблюдалось сокращение второй лапки. Сокращение происходит при напряжении равном 15 мВ, порог возбудимости = 15 мВ.

Вывод: мы убедились в возникновении биотоков (потенциалов действия) при возбуждении мышечной ткани.

Практическая работа № 6

Определение порога возбудимости нервно-мышечного препарата при прямом и непрямом раздражении

Цель работы: познакомиться с понятием «порог силы раздражения», сравнить пороги силы раздражителя при прямом раздражении мышцы и при раздражении ее двигательного нерва.

Материалы и методы: лягушка, марлевые салфетки, инструменты для препарирования, дощечка для препарирования, чашка Петри, гальванический пинцет, электростимулятор, вилочковые электроды, электрические провода, 0,6% раствор хлорида натрия.

Ход работы: Для работы использовать нервно-мышечный препарат.

Приготовленный нервно-мышечный препарат укрепить за бедренную косточку в зажиме. Проколов крючком ахиллово сухожилие присоединить ее к пишущему рычажку. Нерв уложить на подложку. Аккуратно не нарушив целостности препарата подвести к нерву вилочковые электроды, подключенные к клеммам электростимулятора.

Нервно-мышечный препарат Схема установки

с бедренной косточкой.

Настраиваем оборудование. Определяем порог возбудимости нерва и мышцы, используя в качестве раздражителя электрический ток.

Результат:

Вывод: Из полученных данных следует, что мышцы имеют более высокий порог раздражения, чем нерв, но более низкая возбудимость. А у нервной ткани высокая возбудимость и низкий порог раздражения. возбудимость нерва происходит при амплитуде 35 мВ. возбудимость мышцы происходит при амплитуде 0,5 В.

Спор Гальвани и Вольта

Возникновение и распространение возбуждения связано с изменением электрического заряда живой ткани, с там называемыми биоэлектрическими явлениями.

Электрические явления в животных организмах известны давно. Еще в 1776 г. они были описаны у электрического ската. Началом же экспериментального изучения электрических явлений в животных тканях следует считать опыты итальянского врача Луиджи Гальвани (1791). В опытах он использовал препараты задних лапок лягушки, соединенных с позвоночником. Подвешивая эти препараты на медном крючке к железным перилам балкона, он обратил внимание, что, когда конечности лягушки раскачивались ветром, их мышцы сокращались при каждом прикосновении к перилам. На основании этого Гальвани пришел к выводу, что подергивания лапок были вызваны "животным электричеством", зарождающимся в спинном мозге лягушки и передаваемым по металлическим проводникам (крючку и перилам балкона) к мышцам конечностей.

Против этого положения Гальвани о "животном электричестве" выступил физик Александр Вольта. В 1792 г. Вольта повторил опыты Гальвани и установил, что описанные Гальвани явления нельзя считать "животным электричеством". В опыте Гальвани источником тока служил не спинной мозг лягушки, а цепь, образованная из разнородных металлов, - меди и железа.

Вольта был прав. Первый опыт Гальвани не доказывал наличия "животного электричества", но эти исследования привлекли внимание ученых к изучению электрических явлений в живых образованиях.

В ответ на возражение Вольта Гальвани произвел второй опыт, уже без участия металлов. Конец седалищного нерва он набрасывал, стеклянным крючком на мышцу конечности лягушки; при этом также наблюдалось сокращение этой мышцы.

Опыт 21

Проделайте первый опыт Гальвани. Для этого обездвижьте лягушку и перережьте ее поперек тела в области верхних грудных позвонков. Захватив остаток позвоночника салфеточкой, снимите с задних конечностей кожу, а затем пинцетом удалите остатки внутренностей. Теперь хорошо видны нервные стволики крестцового сплетения, лежащие с обеих сторон позвоночника пучками. Подведите под оба пучка нервных волокон одну пластинку пинцета Гальвани, а другой пластинкой пинцета прикоснитесь к нервам сверху. Мышцы лапок при этом сокращаются (рис. 64, I). Пинцет Гальвани состоит из цинковой и медной пластинок. Объясните, почему сокращаются мышцы лапок в опыте Гальвани.

Опыт 22

А теперь приготовьте нервно-мышечный препарат лягушки. Основные этапы приготовления нервно-мышечного препарата приведены на рисунке 65.

Лягушку обездвиживают, берут левой рукой за бедра (в этом положении хорошо выделяется позвоночник) и перерезают позвоночник на 1-1,5 см выше места отхождения тазовых костей (рис. 65, 1). Свисающую переднюю часть туловища и внутренности удаляют. Остаток позвоночника крепко держат пинцетом или левой рукой. Другим пинцетом захватывают кожу около позвоночника и тянут ее вниз, чтобы, выворачивая, снять с конечностей (рис. 65, 2). Конечности кладут на чистую тарелку и заливают раствором Рингера. Руки моют или тщательно вытирают с них слизь, покрывающую кожу лягушки. Захватывают пинцетом или рукой кусочек позвоночника и подгибают его вниз так, чтобы конечности висели под углом к позвоночнику и хорошо выделялась копчиковая кость (рис. 65, 3).

Осторожно вырезают копчиковую кость. Ножницы при этом нужно держать как можно ближе к кости, чтобы не повредить идущие параллельно с обеих сторон нервы. Вырезав копчик, кладут препарат на тарелку и разделяют его на две половины. Для этого перерезают вдоль сначала остаток позвоночника, а затем лобковое сочленение (рис. 65, 4).

Одну конечность оставляют как запасную, сохраняя ее в растворе Рингера; другую кладут на спинную сторону и отделяют ножницами подвздошную кость. Захватив пинцетом кусочек позвоночника, отводят в сторону седалищный нерв и удаляют подвздошную кость. При помощи двух пинцетов раздвигают мышцу на спинной поверхности бедра по средней линии (рис. 65, 5). Осторожно, не касаясь ножницами и пинцетом нерва, отделяют его от окружающих тканей вдоль бедра до колена. (Лучше это делать стеклянным крючком.) Нерв отводят в сторону и бедренную кость освобождают от мышц (рис. 65, 6). На голени отделяют от кости икроножную мышцу, подрезав ахиллово сухожилие, и привязывают к нему нитку. Голень и стопу отрезают ниже колена (рис. 65, 7). Препарат кладут в стакан с раствором Рингера.

Опыт 23

Проделайте второй опыт Гальвани (сокращение мышцы без металла). Для этого нервно-мышечный препарат положите на дощечку. Отрежьте кусочек мышцы и стеклянным крючком быстро набросьте нерв препарата на пораненный участок мышцы так, чтобы он одновременно коснулся поврежденной и неповрежденной поверхности мышцы (рис. 64, II). Мышца при этом сокращается. Объясните, почему это происходит.

Гальвани все же оказался прав в своем утверждении о существовании "животного электричества", что позже было подтверждено исследованиями других ученых. В этом отношении интересны опыты Маттеучи, получившие название опытов вторичного сокращения.

Опыт 24

На мышцу одного нервно-мышечного препарата набросьте нерв другого нервно-мышечного препарата (рис. 66) и раздражайте электрическим током нерв первого препарата. Вы наблюдаете сокращение мышцы и второго препарата. Это объясняется тем, что при возбуждении в мышце первого препарата возникают токи действия, которые вызывают возбуждение второго нервно-мышечного препарата.

В дальнейшем в изучение биоэлектрических явлений очень важный вклад внесли русские ученые, среди них И. М. Сеченов, обнаруживший с помощью гальванометра электрические явления в головном мозге, Н. Е. Введенский, А. Ф. Самойлов.

В настоящее время имеются весьма совершенные, высокочувствительные приборы (электронно-лучевые трубки с электронными усилителями), позволяющие регистрировать электрические явления в животных тканях. Такими приборами являются катодные осциллографы.

Причина появления электрических токов, возникающих при возбуждении, заключается в том, что участок ткани (мышца, нерв и т. д.) в момент возбуждения заряжается электроотрицательно по отношению к другим участкам, находящимся в состоянии покоя, заряженным электроположительно. Таким образом возникает разность потенциалов - необходимое условие для появления электрического тока.

В конце 1780 года профессор анатомии в Болонье Луиджи Гальвани, 54 лет, занимался в своей лаборатории изучением нервной системы отпрепарированных лягушек, еще вчера квакавших в неотдаленном пруду. Совершенно случайно получилось так, что в той комнате, где в ноябре 1780 года Гальвани изучал на препаратах лягушек их нервную систему, работал еще его приятель – физик, производивший опыты с электричеством. Одну из отпрепарированных лягушек Гальвани по рассеянности положил на стол электрической машины. В это время в комнату вошла жена Гальвани. Ее взору предстала жуткая картина: при искрах в электрической машине лапки мертвой лягушки, прикасавшиеся к железному предмету (скальпелю), дергались. Жена Гальвани с ужасом указала на это мужу.

Галантные болонцы всегда с удовольствием подчеркивают: не Гальвани, а его жена – автор столь важного открытия.
___

Гальвани же по этому поводу был совершенно иного мнения. У нас сохранились подробные описания эксперимента Гальвани, сделанные им самим. Столкнувшись с необъяснимым явлением, Гальвани счел за лучшее особо позаботиться о детальном воспроизведении опытов. «Я считал, что сделаю нечто ценное, – писал Гальвани, – если кратко и точно изложу историю моих открытий в таком порядке и расположении, в каком мне их доставил отчасти случай и счастливая судьба, отчасти трудолюбие и прилежание. Я сделаю это, чтобы дать как бы факел в руки тех, кто пожелает пойти по тому же пути исследования».

Последуем же за Гальвани в его знаменитых опытах: «Я разрезал лягушку и положил ее безо всякого умысла на стол, где на некотором расстоянии стояла электрическая машина. Случайно один из моих ассистентов дотронулся до нерва лягушки концом скальпеля, и в тот же момент мускулы лягушки содрогнулись как бы в конвульсиях. Другой ассистент, обыкновенно помогавший мне в опытах по электричеству, заметил, что явление это происходило лишь тогда, когда из кондуктора машины извлекалась искра.
Пораженный новым явлением, я тотчас же обратил на него свое внимание, хотя замышлял в этот момент совсем иное и был всецело поглощен своими мыслями. Меня охватила неимоверная жажда и рвение исследовать это и пролить свет на то, что было под этим скрыто». Гальвани решил, что все дело тут в электрических искрах. Для того чтобы получить более сильный эффект, он вывесил несколько отпрепарированных лягушачьих лапок на медных проволочках на железную садовую решетку во время грозы. Однако молнии – гигантские электрические разряды никак не повлияли на поведение отпрепарированных лягушек. Что не удалось сделать молнии, сделал ветер. При порывах ветра лягушки раскачивались на своих проволочках и иногда касались железной решетки. Как только это случалось, лапки дергались. Гальвани, однако, отнес явление все-таки на счет грозовых электрических разрядов.

«После успешных опытов во время грозы я пожелал, – пишет Гальвани, – обнаружить действие атмосферного электричества в ясную погоду. Поводом для этого послужило наблюдение, сделанное мною над заготовленными лапками лягушки, которые, зацепленные за спинной нерв медным крючком, были повешены на железную решетку забора моего сада: лапки содрогались не только во время грозы, но иногда, когда небо было совершенно ясно. Подозревая, что эти явления происходят вследствие изменения атмосферы в течение дня, я предпринял опыты.
В различные часы в продолжение ряда дней я наблюдал нарочно повешенную на заборе лапку, но не обнаружил каких-либо движений в ее мускулах. Наконец, утомленный в напрасном ожидании, я прижал медный крюк, который был продет через спинной мозг, к железным перилам с целью заметить какие-либо сокращения лапки, но, по-видимому, они не находились в связи с электрическим состоянием атмосферы.

Однако в то время, когда я производил опыт под открытым небом, я был склонен принять теорию, что сокращения возникают вследствие атмосферного электричества, которое, постепенно проникнув в животное и собравшись в нем, неожиданно разряжалось, когда крючок приходил в соприкосновение с железными перилами. Так легко обманываем мы себя при опытах и думаем, что действительно видели то, что желаем видеть. Когда я перенес лягушку в комнату и положил на железную дощечку и когда я прижал медный крючок, который был продет через спинной нерв, к дощечке, те же спазматические содрогания были налицо.
___

Я производил опыт с разными металлами в различные часы дня в разных местах – результат был один и тот же, разница была в том, что содрогания были более сильные при одних металлах, чем при других.

Затем я испытывал различные тела, которые не являются проводниками электричества, например, стекло, смолу, резину, камень и сухое дерево. Явлений не было.
___

Это было несколько неожиданно и заставило меня предположить, что электричество находится внутри животного. Это подозрение усилилось наблюдением, что нечто вроде тонкой нервной жидкости (подобно электрическому разряду в лейденской банке) совершает переход от нервов к мускулам, когда происходит содрогание.
Например, в то время как я одной рукой держал препарированную лягушку за крючок, продетый через спинной нерв, так что она касалась лапками серебряной чашки, а другой рукой касался крышки или боков с помощью какого-либо металлического предмета, я, к своему удивлению, увидел, что лапка лягушки сильно содрогалась всякий раз, как я повторял этот опыт».
___

Эта несколько затянувшаяся цитата – интересная иллюстрация творческого метода Гальвани.
Он провел, по сути дела, все эксперименты для того, чтобы сделать правильные выводы: он показал, что для эффекта необходимы металлы; он показал, что при телах, не являющихся проводниками электричества, никакого эффекта нет; наконец, он показал даже, что разные металлы дают разный эффект.
Но он не обратил внимания на то, что эффект наблюдался только при наличии двух различных металлов – вчитайтесь в последний абзац, и вы увидите это. Гальвани приписывал металлам лишь пассивную роль проводников электричества. Поэтому вывод для его был абсолютно логичен: если при прикосновении к лапкам непроводников эффекта нет, стало быть, источник электричества, «лейденская банка», находится где-то внутри лягушки.
___

Трактат Гальвани «Об электрических силах в мускуле» вышел в 1791 году. Буря страстей, поднятая им, по свидетельству современников, была сравнима с политической бурей, вызванной поднимавшейся Французской революцией.
___

За много лет до Гальвани, в 1752 году, шведский философ Иоган Георг Зульцер опубликовал следующее наблюдение: «Если два куска металла, один – оловянный, другой – серебряный, соединить... и если приложить их к языку, то последний будет ощущать некоторый вкус, довольно похожий на вкус железного купороса, в то время как каждый кусок металла в отдельности не дает и следа этого вкуса». Это – видоизмененный опыт Гальвани: вместо лягушки индикатором электричества является язык. Более того, в 1756 году Марко Кальдани наблюдал и описал содрогание лапки лягушки вблизи электрической машины, но... не придал этому никакого значения.
___

Опыты Гальвани, в силу их интригующей необычности, сразу же завоевали громадную популярность – бессчетное множество физиков, химиков, философов, врачей стали одно время проявлять повышенный интерес к лягушкам, в особенности к их лапкам. Этот «интерес» попал даже в старую техническую энциклопедию.
«В течение целых тысячелетий холоднокровное племя лягушек беззаботно совершало свой жизненный путь, как наметила его природа, зная одного только врага, господина аиста, да еще, пожалуй, терпя урон от гурманов, которые требовали для себя жертвы в виде пары лягушачьих лапок со всего несметного рода. Но в исходе позапрошлого столетия наступил злосчастный век для лягушек. Злой рок воцарился над ними, и вряд ли когда-либо лягушки от него освободятся. Затравлены, схвачены, замучены, скальпированы, убиты, обезглавлены – но и со смертью не пришел конец их бедствиям. Лягушка стала физическим прибором, отдала себя в распоряжение науки. Срежут ей голову, сдерут с нее кожу, расправят мускулы и проткнут спину проволокой, а она все же не смеет уйти к месту вечного упокоения; повинуясь приказанию физиков или физиологов, нервы ее придут в раздражение и мускулы будут сокращаться, пока не высохнет последняя капля «живой воды». И все это лежит на совести у Алоизо Луиджи Гальвани».
___

Не только лягушачья «живая вода» подвергалась действию электричества. Итальянец Запотти добился стрекотания мертвого кузнечика. Сам Гальвани заставлял дергаться конечности свежезабитых овец и кроликов, а французский хирург Ларрей производил аналогичные опыты с только что ампутированной человеческой ногой.
___

Но особенно большие надежды возникли при исследовании нервной системы умерших людей. Вообще мысли о бессмертии, о восстановлении жизни умерших занимали большое место в попытках приложить электроды к трупу. Первые исследования, проведенные французами Дюпюитреном, Нистеном и Гильотеном, были, правда, не очень обнадеживающими. Зато племянник Гальвани – Жан Альдини добился некоторого успеха. В 1803 году он приложил электроды к телу повешенного. Губы трупа и его веки стали подергиваться.
___

Однако наибольший резонанс среди широкой публики вызвали эксперименты доктора Ура из Глазго. Он производил опыты с повешенными преступниками. Первый его успех – воспроизведение у трупа дыхательных движений. Но если у трупа можно восстановить дыхание, то, может быть, можно восстановить и другие функции организма? Однажды доктор Ура приложил один электрод к пятке трупа, другой – к ресничному нерву. Лицо повешенного внезапно ожило, он приоткрыл рот, глаза его стали оглядывать окружающих. Ужас сковал присутствующих, многие упали в обморок, другие не могли в течение нескольких дней прийти в себя...
___

Мечты о бессмертии! Сколько разбитых надежд породили вы во все времена! И одно из самых сильных разочарований – провал всех надежд на электрический ток, с помощью которого якобы можно оживлять трупы.
Однако за полтора века, прошедших со времени первых экспериментов, электричество все же спасло жизнь не одному человеку. Взять хотя бы случаи, когда остановившееся сердце больного, подстегнутое в современной клинике ударом электрического бича, вновь начинает свою непрерывную работу. В ряде случаев электрический удар оказывается полезным при параличах. Я уж не говорю об электротерапии, которая многим тысячам продлила полноценную жизнь.
___

Опыты Гальвани и его представления о «животном электричестве» развились за полтора столетия в стройное учение о биотоках живых организмов. Даже такие сложные процессы, как процесс запоминания, удалось объяснить с помощью электричества
Одна из электрических теорий памяти предполагает, что поступающая в мозг информация преобразуется в индивидуальную систему электрических цепей, причем каждому «следу» соответствует своя электрическая цепь. Поскольку нервных клеток в мозге человека более 10 миллиардов, то разнообразие «следов», которые могут остаться в этих клетках, бесконечно велико, во всяком случае, вполне достаточно для того, чтобы и на склоне лет в мозге человека «находилось место» для новых знаний и эмоций.
___

Прикладывание электродов к телу людей нашло еще одно неожиданное применение: для нахождения пуль в теле раненого. Методы отыскания пуль были разными. Так, французский хирург Нелатон искал пулю, глубоко засевшую в теле великого Гарибальди, с помощью зонда с наконечником из пористого фарфора. Когда зонд касался свинца, наконечник его чернел – это было единственным свидетельством того, что пуля именно здесь. Врач Фабр предложил использовать острые электрические электроды: когда цепь замыкалась, было ясно, что зонды наткнулись на пулю. Преимущество такого способа в возможности распознать пулю, прикрытую обрывками ткани и не зачерняющую вследствие этого пористого наконечника зонда.
___

Заканчивая рассказ о Гальвани, особо отметим тот факт, что его открытие было сделано как раз вовремя. Ведь за 100 с лишним лет до Гальвани, в 1678 году, физиолог Шваммердам показывал великому герцогу Тосканскому точно такой же, как у Гальвани, опыт с лягушкой, подвешенной на серебряной нити. Видимо, то открытие сделано было слишком рано. Шваммердама успели забыть.
Гальвани ничего и никогда о нем не слышал.

Введение

Физика и биология, на первый взгляд, довольно далекие друг от друга науки.

Но это только на первый взгляд. В действительности же в этих науках есть много общих точек. Например, в анатомии, зрение. Здесь присутствует элемент оптики: лучи света преломляются в хрусталике глаза, и элемент механики: хрусталик деформируется мышцами. Хотя, говоря о мышцах, нельзя не упомянуть о том, что их работа напрямую связана с физикой. Ведь по сути дела, механизм их действия, сокращение в связи с сокращением белковых нитей, физический процесс. А обмен веществ? Ведь питательные вещества переходят из крови в межклеточное вещество, из межклеточного вещества в клетку и из клетки в межклеточное вещество в основном из-за перепада в давлении. А нагревание внешних тканей тела кровью вследствие теплопередачи?

И физика стыкуется с биологией не только в анатомии. У птиц есть аэродинамическое оперение, у рыб гидродинамическая чешуя и боковая линия, для улавливания колебаний воды. Опять же слух.

Начало электрофизиологии обычно связывают со знаменитыми опытами итальянского врача, анатома и физиолога Луиджи Гальвани. В 1791 году Гальвани опубликовал «Трактат о силах электричества при мышечном движении». В этом трактате были описаны ряд опытов, в том числе и знаменитый «балконный» опыт Гальвани - препараты были присоединены к громоотводу. Во время грозы происходило сокращение. Тогда Гальвани предположил, что разряды атмосферного электричества будут раздражать лапки и без подключения к громоотводу. Для проверки этого предположения он подвесил несколько препаратов к железным перилам балкона своего дома с помощью медных крюков. Как только ветер начинал раскачивать лапки, и они касались перил балкона, мышцы энергично сокращались. В дальнейшем Гальвани продемонстрировал, что сокращение лапок возможно без металла - он накидывал нерв одной лягушки на мышцу другой, при этом происходило сокращение этой мышцы.

Дальнейшее развитие электрофизиологии связанно с Карло Маттеуччи который в 1830-1840 годах показал, что в мышце всегда может быть отмечен электрический ток, который течёт от её неповрежденной поверхности к поперечному разрезу.

В середине XIX века основы электрофизиологии были заложенны классическими работами Э. Дюбуа-Реймона который показал связь между электрическим током и нервным импульсом. Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связанно с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В.Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга. В 1888 немецкий физиолог Ю. Бернштейн предложил т. н. дифференциальный реотом для изучения токов действия в живых тканях, которым определил скрытый период, время нарастания и спада потенциала действия, После изобретения капиллярного электрометра, применяемого для измерения малых эдс, такие исследования были повторены более точно французским учёным Э.Ж. Мареем (1875) на сердце и А.Ф. Самойловым (1908) на скелетной мышце. Н.Е. Введенский (1884) применил телефон для прослушивания потенциалов действия. Важную роль в развитии электрофизиологии сыграл советский физиолог В. Ю. Чаговец, впервые применивший в 1896 теорию электролитической диссоциации для объяснения механизма появления электрических потенциалов в живых тканях. Бернштейн сформулировал в 1902 основные положения мембранной теории возбуждения, развитые позднее английскими учёными П. Бойлом и Э. Конуэем (1941), А. Ходжкином, Б. Кацем и А. Хаксли (1949).

В начале XX в. для электрофизиологических исследований был использован струнный гальванометр, позволивший в значительной мере преодолеть инерционность других регистрирующих приборов; с его помощью В. Эйнтховен и Самойлов получили подробные характеристики электрических процессов в различных живых тканях. Неискажённая регистрация любых форм биоэлектрических потенциалов стала возможной лишь с введением в практику электрофизиологии (30-40-е гг. XX в.) электронных усилителей и осциллографов (Г. Бишоп, Дж. Эрлангер и Г. Гассер, США), составляющих основу электрофизиологической техники. Использование электронной техники позволило осуществить отведение электрических потенциалов не только от поверхности живых тканей, но и из глубины при помощи погружаемых электродов (регистрация электрической активности отдельных клеток и внутриклеточное отведение). Позднее в электрофизиологии стала широко использоваться также электронно-вычислительная техника, позволяющая выделять очень слабые электрические сигналы на фоне шумов, проводить автоматическую статистическую обработку большого количества электрофизиологических данных, моделировать электрофизиологические процессы и т. д.

В 1773 году он начал Гальвани, изучая лягушек. В опытах с лягушки pitvanэmi двадцать шестой Гальвани первым заметил, что в 1781 году создание загрузочной флешки Лягушачьи лапки лежал на металлической подложке, которая была также электрические устройства, каждое прикосновение к металлическим ножом на нервные љkubajн спонтанно, когда устройство находится в эксплуатации. Ожидается, что эти опыты помогал жене Galvaniho-Люсии.

Гальвани продолжал свои опыты с атмосферным электричеством, а также. Буря Гальвани провода подключить подготовленный ногу лягушка с дом и хорошо. Он смотрел на мышцы в процессе подготовки. Позже он обнаружил, что лягушка ногу лежащего на сталь поддержку дергаться, когда обратился по вопросу о медную табличку.

В 1791 году Гальвани обнаружил, что ноги лягушки выходит на ощупь проводников биметалла цинка и меди:

Galvaniho экспериментировать с биметаллические движения и лягушачьи лапки (1791)

Несколько лет исследований обобщены в работе Гальвани Де Моту Viribus electricitatis в commentarius мышечной (Трактат о электрической энергии в движение мышц). Гальвани пришел к ошибочному выводу, что мышцы животном электричестве Положительный полюс в нервах и мышцах в отрицательном полюсе. Сокращение мышцы (эквивалент электрического разряда) формируется путем объединения двух полюсов металлической проволоки.

После исследования Луиджи Galvaniho Алессандро ВольтаПо построена первая ячейка электрохимическая.

Заключение жизни жила в нищете, Луиджи Гальвани. В 1796 году Болонья была оккупирована войсками французского императора Наполеона Бонапарта. Гальвани это через год вынужден покинуть университет. Луиджи Гальвани умер 4 декабря 1798.

Гальвани

Родился 9 сентября 1743года в Болонье. Изучал сначала богословие, а затем медицину, физиологию и анатомию. В 1759 окончил Болонский университет по специальности богословие, и только после защиты диссертации заинтересовался медициной (произошло под влиянием его тестя - известного врача и профессора медицины Карло Галеацци). Несмотря на учёную степень, Гальвани круто изменил свою профессию и вновь окончил Болонский университет, но уже медицинское отделение. Магистерская работа Гальвани была посвящена строению человеческих костей. После её успешной защиты в 1762 Гальвани начал преподавать медицину. В 1785 году, после смерти своего тестя, Гальвани занял его место руководителя кафедры анатомии и гинекологии, откуда незадолго до смерти был уволен за то, что отказался принести присягу Цизальпинской республике, основанной в 1797 году Наполеоном I. Первые работы Гальвани были посвящены сравнительной анатомии. В 1771 он начал опыты по изучению мышечного сокращения и вскоре открыл феномен сокращения мышц препарированной лягушки под действием электрического тока.

Итальянский анатом и физиолог Луиджи Гальвани, один из основателей учения об электричестве, основоположник электрофизиологии, родился в Болонье. В 1759 г. окончил Болонский университет, в котором изучал сначала богословие, а затем медицину, физиологию и анатомию; в 1762 г. получил степень доктора медицины. Преподавал медицину в Болонском университете, откуда незадолго до смерти был уволен за то, что отказался принести присягу Цизальпинской республике, основанной в 1797 г. Наполеоном Бонапартом.

Первые работы Гальвани посвящены сравнительной анатомии. В 1771 г. он начал опыты по животному электричеству: открыл и исследовал феномен сокращения мышц препарированной лягушки под влиянием электрического тока; наблюдал сокращение мышц при соединении их металлом с нервами или спинным мозгом, обратил внимание на то, что мышца сокращается при одновременном прикосновении к ней двух разных металлов. Гальвани объяснил эти явления существованием «животного электричества», благодаря которому мышцы заряжаются подобно лейденской банке. Результаты наблюдений и теорию «животного электричества» он изложил в 1791 в работе «Трактат о силах электричества при мышечном движении» («De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius»). Новыми опытами (опубликованы в 1797) Гальвани доказал, что мышца лягушки сокращается и без прикосновения к ней металла - в результате непосредственного её соединения с нервом. Исследования Гальвани имели значение для медицинской практики и разработки методов физиологического эксперимента.

Опыты Гальвани, получившие правильную трактовку в работах А. Вольта, способствовали также изобретению нового источника тока - гальванического элемента. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Электрофизиология, отцом которой можно считать Гальвани, сейчас занимает важное место в науке и практике. Первым исследовал электрические явления при мышечном сокращении («животное электричество»). Обнаружил возникновение разности потенциалов при контакте разных видов металла и электролита. Одним из последователей Гальвани был его племянник Джованни Альдини, именно он одним из первых применил теоретические знания Гальвани на практике. Он стал проводить эксперименты, связанные с электрическими явлениями при мышечном сокращении, а точнее на трупах заключенных, которых приговорили к смертной казни. Работая в университете, Гальвани одновременно занимался физиологией: ему принадлежат интересные труды, в которых он доказал, что строение птичьего уха практически не отличается от человеческого. Умер Гальвани в своей родной Болонье 4 декабря 1798.

Научная деятельность

К концу XVIII века Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, проводя эксперименты во французском городе Ла-Рошель, а анатом Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.

К тому времени, как в 1786 году Гальвани положил начало своим опытам, не было недостатка в попытках физической трактовки психических и физиологических явлений. Однако именно исследования вышеуказанных ученых подготовили почву для возникновения учения о животном электричестве.

В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов. Свое открытие сам Гальвани описывает следующим образом:

«Я разрезал и препарировал лягушку… и, имея в виду совершенно другое, поместил ее на стол, на котором находилась электрическая машина…, при полном разобщении от кондуктора последней и на довольно большом расстоянии от него. Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Другой же из них, который помогал нам в опытах по электричеству, заметил, как ему казалось, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искра… Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся невероятным усердием и страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нем скрытого».

Как справедливо указал впоследствии Вольта, в самом факте вздрагивания лапки препарированной лягушки при электрическом разряде с физической точки зрения не было ничего нового. Явление электрической индукции, а именно явление так называемого возвратного удара, было разобрано Магоном в 1779 году. Однако Гальвани подошел к факту не как физик, а как физиолог. Ученого заинтересовала способность мёртвого препарата проявлять жизненные сокращения под влиянием электричества.

Он с величайшим терпением и искусством исследовал эту способность, изучая её локализацию в препарате, условия возбудимости, действие различных форм электричества и, в частности, атмосферного электричества. Классические опыты Гальвани сделали его отцом электрофизиологии. Гальвани, осуществив ряд экспериментов, пришел к выводу о существовании нового источника и нового вида электричества. Его привели к такому выводу опыты составления замкнутой цепи из проводящих тел и металлов (лучше всего по признанию самого учёного было использовать разные металлы, например железный ключ и серебряную монету) и лягушечного препарата.

После долгих научных изысканий Гальвани предположил, что мышца является своеобразной батареей лейденских банок, непрерывно возбуждаемой действием мозга, которое передается по нервам. Именно так и была рождена теория животного электричества, именно эта теория создала базу для возникновения электромедицины, и открытие Гальвани произвело сенсацию. Среди последователей болонского анатома оказался и Алессандро Вольта.

Лейденская банка

Один эксперимент, электрическая природа которого была достоверно доказана лишь во второй половине XIX века, дал новый импульс исследованию электрических явлений. В 1676 г. астроном Жан Пикар, перенося ночью барометр, заметил, что время от времени пустая часть трубки со ртутью начинает светиться. Это явление, замеченное и другими, было описано в небольшой книжечке, попавшей в руки Иоганна Бернулли. Заинтригованный необычайностью явления, он предпринял тщательное исследование и в результате построил небольшой прибор, вскоре распространившийся по всей Европе и вызывавший восхищение и изумление всего ученого и неученого мира. Прибор этот состоял из стеклянной трубки, из которой удален воздух и которая частично наполнена ртутью. Если в темноте встряхнуть такую трубку, то она таинственным образом начинает светиться, как если бы была «полна огня». Это явление напоминало Бернулли свечение фосфора, поэтому свет этих трубок он назвал «фосфорическим светом», хотя фактически фосфор к этому не имеет никакого отношения и явление это электрического происхождения.

Опыт Грея. Гравюра, 1754 г. Мужчина, стоящий справа, приближает наэлектризованную стеклянную трубку к руке дамы, сидящей на качелях, подвешенных на шелковых веревках, а мужчина слева прикасаетсяк другой руке дамы и извлекает из нее искру.

В 1705 г. за изучение фосфорического света взялся неутомимый английский экспериментатор Френсис Хоксби (?-1713), который получал его, прикасаясь руками к вращающемуся стеклянному шару, из которого удален воздух. Хоксби не только получил фосфорическое свечение, но и убедился в том, что стеклянный шар сильно электризуется. Последовали многочисленные эксперименты с электричеством, основное значение которых состоит в том, что Хоксби ввел в употребление применяющуюся и поныне стеклянную палочку, электризуемую при натирании тканью. Тем самым опыты с электричеством стали общедоступными, дешевыми и весьма развлекательными.

Опыты по электричеству, XVIII век

Этим воспользовался в 1729 г. другой англичанин, Стивен Грей (1670-1735), проводивший эксперименты, вероятно, для заполнения своего досуга в те последние годы, когда он уже отошел от дел. Он показал, что электричество может распространяться по некоторым телам, и ввел, таким образом, в науку понятие проводника и изолятора, если воспользоваться терминами, введенными несколькими годами позже (в 1739 г.) Жаном Теофилем Дезагюлье (1683-1744). Грей открыл также явление электростатической индукции и подтвердил его многочисленными опытами, из которых наибольшее восхищение вызвал опыт с ребенком, которого подвешивали горизонтально на веревках и наэлектризовывали приближением заряженной стеклянной палочки к его ногам.

Электрическая машина, применявшаяся еще в 1750 г. Вращающийся стеклянный шар G электризуется от прикосновения рук. Человек, стоящий на изолирующей скамеечке, дотрагивается до железного стержня NL, держа в руке миску с подогретым винным спиртом, который вспыхивает от искры, исходящей из руки дамы

Опыты Грея возбудили любопытство одного французского ученого с энциклопедически широким диапазоном интересов - Шарля Франсуа де Систерне Дюфэ (1698-1739). После бесчисленных опытов, проведенных с искусством, достойным восхищения, Дюфэ пришел в 1733 г. к фундаментальному открытию существования двух видов электричества, которые он назвал «стеклянным» и «смоляным» просто в память о том, что стекло и копал позволили ему открыть это явление. Не только те немногие вещества, которые были указаны Гильбертом и его последователями, но и все тела, за исключением металлов и влажных тел (это ограничение было впоследствии снято Ингенгоузом в 1778 г.), электризуются при трении. Это убедительно показали опыты Дюфэ с версором, который он сделал значительно более чувствительным, закруглив его острие и установив на подставку из сухого стекла. Каждое натертое тело приобретает один из видов электричества. Для определения вида электричества, приобретенного телом, Дюфэ предложил те же методы, которые применяются и сейчас.

Вращающийся шар Хоксби вскоре был усовершенствован, особенно Иоганном Винклером (1703-1770), профессором латинской литературы Лейпцигского университета. Винклер заменил шар стеклянной трубкой, вращавшейся с помощью педального механизма и натиравшейся уже не руками, а кожаными подушечками, отделанными конским волосом. Подушечки были соединены с землей с помощью проводящих столбиков. Эта машина давала столь сильные искры, что они были способны воспламенять эфир. Уже значительно позже, между 1755 и 1766 гг., цилиндр был заменен более удобным стеклянным диском. Приоритет этого изобретения оспаривают Мартин Планта (1727-1802), Джон Ингенгоуз (1730-1799) и Джессе Рамсден (1735-1800). Сейчас эта машина известна как машина Рамсдена, который построил ее и распространил.

Машина Рамсдена конца XVIII века (М. Guуоt, Nouvelles recreations physiques et mathematiques, 1800).

Но еще до того, как появилась дисковая машина, интерес к новым явлениям, который до 1740 г. был ограничен лишь научными кругами, распространился среди широкой публики. Сеансы демонстрации электрических явлений проводились почти повсюду - на площадях и при королевских дворах, учеными и фокусниками, нашедшими в них еще один способ заработка. Интерес публики привлек к исследованию этих новых явлений большое число ученых, несмотря на насмешки многих скептиков, которые, осуждая, вновь и вновь ставили обычный вопрос: зачем это нужно? К новым исследованиям обратились не только физики, но и медики. В Венеции, в Турине, в Болонье были предприняты первые попытки применения электричества в медицине. Несколькими годами позже появляются первые публикации - небольшая книжечка анонимного автора «Dell"elettricismo» («Об электричестве»), вышедшая в Венеции в 1746 г., и письмо Франческо Пивати (1689-1764) «DelVelettricitd medica» («О медицинском электричестве»), опубликованное в 1747 г.

Результатом такой популяризации электрических опытов было открытие явления, реализуемого в «лейденской банке», как ее назвал французский физик Жан Нолле (1700-1770).

В 1745 г. немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст, пытаясь, по-видимому, изготовить себе электризованную воду, которая считалась полезной для здоровья, и независимо от него лейденский физик Мушенбрек, продев в горлышко банки с водой гвоздь, дотронулись им до проводника действующей электрической машины; затем, прервав контакт, они притронулись другой рукой к гвоздю и испытали очень сильный удар, вызвавший онемение руки и плеча, а у Мушенбрека даже «все тело содрогнулось, как от молнии».

Весть об этом опыте быстро распространилась. Его стали повторять во многих местах. Серия опытов Нолле началась с опыта по «содроганию» целой цепи державшихся за руки монахов в картезианском монастыре в Париже. Затем он начал опыты на птицах, пользуясь простым, но полезным приспособлением - разрядником, применяющимся вплоть до наших дней. Нолле, который всегда следил за модой и стремился к театральным эффектам (его публичные опыты были настоящими представлениями для парижского света), убид с помощью разряда несколько птичек, после чего призывал обращаться с осторожностью с этой новой вещью, которая «может оживать и раздражаться».

Уже в следующем году бутылка с водой была заменена банкой с обкладками из металлической фольги с обеих сторон - внутри и снаружи. Был создан плоский конденсатор, а для увеличения эффекта Винклер в Германии, а Франклин в Америке соединили банки в параллель, получив мощные «батареи», как их назвал Франклин.

Бенджамин Франклин

Бенджамин Франклин (1706-1790) занялся исследованиями электрических явлений почти случайно. Когда он приступил к этим опытам, ему было 40 лет, и менее чем в три года он достиг изумительных успехов. Одним из первых поразивших его фактов было, выражаясь его словами, «...удивительное свойство остроконечных тел как притягивать, так и отталкивать электрический огонь»(Oeuvres de М. Franklin, Traduites de l"Anglois sur la quatrieme edition par M. Barbeu, Dubourg, Paris, 1773, I, p. 3. (На русском языке работы Франклина по электричеству опубликованы в книге: В. Франклин, Опыты и наблюдения над электричеством, М., 1956. - Прим. перев.)).

Это наблюдение, как мы знаем, не было новым, но новой была систематичность экспериментов, с помощью которых ему удалось установить, как говорят сейчас, «свойство острия» - способность, как думал Франклин, острия притягивать и отталкивать электрический флюид.

Бенджамин Франклин. Гравюра работы М. Чемберлина и Э. Фишера.

Но как, же разумно объяснить этот факт? Франклин попытался это сделать, но сам почувствовал недостаточность своего объяснения. Ну и что? Разве обязательно физику знать внутреннюю сущность явлений? И американский ученый с откровенно прагматистской ориентацией, которая всегда определяла его научные исследования, отвечает:

Для нас наиболее важным является не знание способа, которым природа осуществляет свои законы; достаточно знать сами эти законы. Реальную пользу представляет знание того, что если отпустить в воздухе ничем не поддерживаемое фарфоровое изделие, то оно упадет и неминуемо разобьется. Знать же, как оно упадет и почему разобьется, - это уже чисто умозрительный вопрос. Приятно, конечно, знать истину, однако обеспечить целость фарфорового изделия мы можем и без этого»

Теории электричества

В годы с 1745 по 1750 был предложен ряд теорий электричества, объединяемых одной общей чертой, унаследованной от картезианской философии: наличием некоторого характерного флюида, которому ученые в полете фантазии приписывали самые необыкновенные свойства и качества, стараясь объяснить электрические явления механическими процессами.

Довольно известны были теории Нолле и Уильяма Уотсона (1707-1787), вскоре уступившие место теории Франклина, сформулированной им в 1747 г. Эта теория сразу покорила ученых. Исходит она из следующего явления: если человек стоит на изолирующей скамеечке и натирает голой сухой рукой стеклянную трубку, то другой человек, стоящий на полу, может извлечь искру, приблизив свой палец либо к стеклянной трубке, либо к человеку, натиравшему трубку. Это явление можно варьировать, и оно прекрасно объясняется, если, согласно Франклину, принять, что существует лишь один-единственный электрический флюид, содержащийся во всех телах. Каждый процесс электризации состоит в извлечении из одного тела части находящегося в нем флюида и его переходе в другое тело. Получающийся при этом недостаток или избыток электрического флюида в теле проявляется в характерных электрических явлениях. Таким образом, тело наэлектризовано либо потому, что у него имеется избыток электрического флюида по сравнению с нормальным состоянием, либо потому, что у него оказывается меньше электрического флюида, нежели в нормальном состоянии. В первом случае Франклин называет тело положительно (плюс), во втором - отрицательно (минус) электризованным. Эта терминология сохранилась до наших дней.

Для объяснения электрических явлений Франклин приписывает электрическому флюиду три основных свойства: чрезвычайную тонкость, взаимное отталкивание его частей, сильное притяжение электрической материи к обычной материи. Если тело заряжено положительно, то избыток электрического флюида размещается на его поверхности и образует «электрическую атмосферу». Это выражение применялось почти до середины XIX века, причем не всегда в переносном смысле, как более или менее образное выражение, а подчас в строго физическом смысле. Часто говорили о «толщине» электрической атмосферы в геометрическом смысле. Через такое словоупотребление уже в XVIII веке пробило себе дорогу понятие плотности электрического флюида, которое справедливо использовалось для объяснения «свойства острия».

Но как же, принимая существование электрической атмосферы, объяснить понде-ромоторноевзаимодействиетел, электризованных отрицательно и, следовательно, лишенных электрической атмосферы? И далее, идет ли речь о действии на расстоянии или об опосредствованном действии? Франклин благоразумно хранит молчание по этим вопросам.

Впрочем, построенной им теоретической модели оказалось достаточно, чтобы привести Франклина к созданию плоского конденсатора, названного в его честь, и к выяснению того факта, что сила удара лейденской банки заключена в стекле банки, а не в ее двух проводящих обкладках.

Неспособность теории Франклина объяснить пондеромоторные действия привела к появлению дуалистической теории, постоянно противостоявшей теории Франклина с переменным успехом.

Поводом к возникновению этой теории были некоторые странные явления, привлекшие в 1759 г. внимание англичанина Роберта Симмера (?-1763), а еще шестью годами раньше вызвавшие интерес Джамбаттисты Беккариа. Симмер замечал характерное потрескивание и проскакивание маленьких искр каждый раз, когда он снимал первую из двух пар шелковых чулок, которые одновременно носил. Чем обусловлена противоположная электризация чулок? Занявшись исследованием этого вопроса, Симмер пришел к выводу, что электрические явления обусловлены двумя различными электрическими субстанциями, которые, будучи обе активными и положительными, действуют, так сказать, противоположно. В каждом теле имеются оба эти флюида, но в нейтральном, т. е. неэлектризованном, состоянии оба флюида присутствуют в равном количестве, так что внешний эффект отсутствует. Тело кажется наэлектризованным положительно или отрицательно в зависимости от того, какого флюида в нем больше. По правде говоря, экспериментальные факты, приведшие Симмера к выдвижению своей теории, весьма скудны и не очень убедительны. Самым веским фактом была, несомненно, форма отверстий в бумаге, образующихся при электрическом разряде: выгиб краев отверстия наружу по обе стороны от поверхности бумаги, согласно Симмеру, наглядно свидетельствует о том, что два различных флюида пересекают бумагу в противоположных направлениях.

Пироэлектричество

Турмалин, минерал с кристаллами ромбоэдрической системы, довольно распространенный в Европе, стал известен лишь с 1717 г. благодаря химику Луи Лемери (1677-1743), который описал его как особенный камень, привозимый с Цейлона, обладающий способностью притягивать легкие частицы и потому названный Линнеем в 1747 г. «электрическим камнем» (lapis electricus). Никто не занимался им до 1756 г., пока он не попал в руки Эпинуса, окрестившего его «турмалином» и начавшего исследовать его особые свойства. Целый ряд опытов, проведенных с исключительным умением, сразу убедил Эпинуса в том, что странная способность турмалина связана с электричеством, но совершенно отличается от общеизвестного явления электризации трением. Турмалин электризовался при нагреве, причем один конец его заряжался положительно, а другой - отрицательно.

Публикация Эпинуса вызвала жаркую полемику, в которой приняли участие, в частности, Бенджамин Уилсон (1708?-1788), Мушенбрек, Вильке, оспаривавшие результаты экспериментов Эпинуса главным образом потому, что им не удалось их повторить с той точностью, с которой ставил свои опыты сам Эпинус (подобные опыты и сейчас требуют тщательной постановки, если только не прибегать к электроскопическому порошку). Конец этой полемике положил Джон Кантон (1718-1772), который в прекрасном докладе, зачитанном Королевскому обществу в 1759 г., не только подтвердил результаты Эпинуса, но, кроме того, установил, что электризация получается и при охлаждении. В следующем, 1760 г. Кантон обнаружил, что свойством турмалина обладает также бразильский топаз, а Уилсон нашел его затем и у других драгоценных камней. В 1762 г. Кантон показал, кроме того, что возникающие при нагревании турмалина заряды равны по величине и противоположны по знаку. К этому выводу он пришел, погрузив образец турмалина в металлический сосуд с кипящей водой, соединенный с электрометром; электрометр не обнаружил никакого заряда. Заметим, что электрометр Кантона, введенный им в употребление с 1753 г. и бывший в течение многих лет одним из необходимейших приборов, представлял собой модификацию первого электроскопа с пробковыми шариками, описанного тем неизвестным автором, который в 1746 г. опубликовал первую работу по «медицинскому электричеству». Электроскоп Кантона состоял из двух почти соприкасающихся пробковых шариков, подвешенных в небольшой коробочке на двух льняных нитях.

Возвращаясь к свойствам турмалина, укажем, что минералог Рене Аюи (1743-1822) в своем учебнике по физике 1802 г. и в последующих изданиях вплоть до 1821 г. привел в порядок данные об этом явлении и представил их, по сути дела, в том же виде, в каком они известны сейчас, если не считать теоретических вопросов, отнюдь не решенных и в наше время. Кроме того, Аюи сделал важное открытие, что пироэлектрические кристаллы могут электризоваться не только при нагреве, но и под действием давления, и опираясь на это явление, позднее получившее название пьезоэлектричества, создал чувствительный электроскоп. Пьезоэлектричество исследовалось в течение всего XIX века и имеет сейчас многочисленные технические применения.

Алессандро Вольт

Алессандро Вольта (родился в Комо 18 февраля 1745 г., умер там же 5 марта 1827 г.) относился с недоверием к так называемому «животному электричеству». Он принадлежал к той группе физиков, которая считала, что такого электричества вообще не существует, за исключением случаев «электрических рыб». И вот сторонник таких взглядов Вольта ознакомился с работой Гальвани. Описанные в третьей части работы Гальвани опыты показались Вольте столь необычными и поразительными, что он, возможно, не стал бы повторять их, если бы не настояния его коллег по Павийскому университету. Вольта начал повторять опыты Гальвани 24 марта 1792г., и скептицизм его стал рассеиваться. 3 апреля 1792 г. он пишет Гальвани:

«Итак, вот я, наконец, обращен, с тех пор как я стал сам очевидцем и наблюдал эти чудеса, я, пожалуй, перешел от недоверия к фанатизму».

К фанатизму, но к благоразумному: 5 мая в публичной лекции в университете Вольта рассказывает об опытах Гальвани, превозносит их, поет хвалу важности этого открытия и возможностям дальнейшего его развития, но вместе с тем начинает выдвигать требования большей количественной строгости при исследовании этого явления, ибо

«...что хорошего можно сделать с вещами, не приведенными к степени и мере, особенно в физике? Как можно определить причину, если не определить не только качество, но и количество и интенсивность явлений?» (Le opere di Alessandro Volta, Ediz. naz., I, Milano, 1918, p. 26. (Переводы работ Вольты о природе животного электричества на русский язык опубликованы в книге: Л. Гальвани, А. Вольта, Избранные работы о животном электричестве, М. -Л., 1937. - Прим. перев.))

От себя он замечает, что лягушка может представлять собой

«...электрометр, в десятки раз более чувствительный, чем даже самый чувствительный электрометр с золотыми листочками».

Тем самым, сознательно или бессознательно, он начал выдвигать мысль о том, что лягушка представляет собой просто измерительный прибор. С помощью тонких опытов, выполненных с электрометром своей конструкции и с электрометром Беннета, Вольта приходит к выводу, что если действительно мышцы и нервы являются обкладками конденсатора, то нервы представляют собой отрицательную обкладку, а мышцы - положительную, т. е. как раз обратно тому, что утверждал Гальвани. Наконец, описывая, как ему удалось добиться сокращения мышц у еще живой и целой лягушки, Вольта настойчиво привлекает внимание к одной физической особенности гальванического опыта: образующие дугу металлы, прикладываемые к частям тела животного, чтобы вызвать сокращение мышц, должны быть различными. Через несколько дней после университетской лекции он, продолжая свои опыты, замечает:

«Факт... суть которого я еще не мог понять, что меня нисколько не удовлетворяет, заключается в необходимости применения неодинаковых проводников... У меня вызывает иногда сомнение, действительно ли различные или по-разному приложенные к двум точкам животного металлические провод-ники служат лишь для того, чтобы, соприкасаясь друг с другом, установить связь, предоставляющую электрическому флюиду путь, по которому тот естественно стремится перейти из одного места в другое, как представляется естественным думать. Одним словом, действительно ли они чисто пассивны или же они являются положительными активными агентами, приводящими в движение электрический флюид животных, нарушая его спокойствие и равновесие и заставляя его входить через проводник одного типа и выходить через проводник другого типа» (Там же, р. 39-40).

Мы уже говорили, что целесообразность применения различных металлов заметил еще Гальвани, причем это было не случайное наблюдение, как пишут некоторые историки, а многократное. Гальвани специально его подчеркивал как одно из условий, необходимых для успешности эксперимента, поскольку заметил, как он пишет в черновике одной неизданной работы, что опыт не удается или очень плохо получается, если дуга состоит из одного-единственного металла. В одной анонимной работе, несомненно принадлежащей Гальвани и опубликованной в 1794 г., он пытается объяснить большую активность разнородной дуги. Объяснение его, надо признать, довольно формальное и сводится к тому, что животное электричество отличается от искусственного своими свойствами и первое отличие заключается в том, что оно «более эффективно действует через разнородные проводники» (Ореrе di Luigi Galvani, цит. выше, р. 272). В этом проявляется различный образ мышления обоих ученых: физиолог Гальвани ищет причину явления только в физиологических фактах, физик Вольта видит причину в чисто физических явлениях.

Но вернемся к Вольте. 5 мая он превозносил Гальвани, а 14 мая в своей второй университетской лекции уже проводит сопоставления в чисто полемическом плане. Он показывает, что мышцы по существу не участвуют в создании самого явления: их сокращение вызывается, как вторичный эффект, возбуждением нерва. Для доказательства он ставит знаменитый опыт, в котором обнаруживается «кисловатый» привкус на языке при приложении к его кончику оловянной или свинцовой пластинки, а к середине языка серебряной или золотой монеты и при образовании проводящей дуги этими металлическими предметами. При этом ощущается тот же вкус, что и при приближении языка

«к кончику искусственно наэлектризованного проводника на такое расстояние, что искра еще не проскакивает» (Alessandro Volta, Le opere, цит. выше I, p. 62).

Кисловатый вкус переходит в «щелочной, т. е. отдающий горечью», если поменять на языке местами металлические предметы. Вольта нашел, что язык представляет собой чувствительнейший индикатор электричества, и это оказало ему ценную помощь в дальнейших исследованиях.

В июне 1792 г., через три месяца после того, как Вольта начал повторять опыты Гальвани, у него уже не оставалось былых сомнений:

«Таким образом, металлы не только прекрасные проводники, но и двигатели электричества; они не только предоставляют легчайший путь прохождению электрического флюида... но сами же вызывают такое нарушение равновесия тем, что извлекают этот флюид и вводят его, подобно тому как это происходит при натирании идиоэлектриков» (Там же, р. 117. (Идпоэлектриками в то время назывались тела, электризующиеся при трении. - Прим. перев.)).

Это известный закон контактных напряжений; два разнородных металла вызывают «нарушение равновесия» (сейчас говорят - создают разность потенциалов) между обоими металлами. Установив этот закон, Вольта в результате длительной серии опытов располагает] металлы в ряд, построенный так, что больший эффект соответствует металлам, более удаленным друг от друга в этом ряду. Один из первых его «рядов напряжений» таков: цинк, оловянная фольга, обычное олово в пластинах, свинец, железо, латунь и различные сорта бронзы, медь, платина, золото, серебро, ртуть, графит, древесный уголь.

Виды "столбов", описанных Вольтой в письме к Бэнксу. Сверху - "цепочка чашек". Буквой А обозначены серебряные пластины, буквой Z - цинковые

Против этого чисто физического объяснения явлений, наблюдаемых в опытах с лягушками, возражал Гальвани, поддержанный своим племянником Джованни Альдини (1762-1834) и Эудженио Валли (1762-1816). В последующем Гальвани пытался исключить из опытов металлические проводники, т.е. добиться сокращения мышц лягушки без применения физических средств. Вольта же искал способы исключить лягушку, т. е. найти физический метод обнаружения контактного электричества. Интересно, что оба они достигли цели и поэтому каждый считал себя победителем в споре. Гальвани в одном из опытов, упрощенном впоследствии Валли и описанном в наделавшей много шуму брошюре (1794 г.), препарировал лягушку так, что к ее телу остались присоединенными лишь бедренные нервы, а обе половинки лягушки затем были изогнуты так, что нервы касались голых бедренных мышц; каждое касание вызывало вздрагивание тела лягушки.

Вольта сначала пытался отрицать это явление, а потом ответил обобщением собственной теории: нарушение электрического равновесия наступает не только при контакте проводников первого класса, т. е. металлов, но и при контакте проводников второго класса. Короче говоря, нарушение равновесия наступает при контакте любых двух различных проводников, а следовательно, и при соприкосновении двух различных частей лягушки. И если даже разнородность соприкасающихся частей ни в чем ином не проявляется, сам факт нарушения электрического равновесия уже свидетельствует об этом. Иными словами, Вольта произвольно обратил закон контактных напряжений, утверждая, что нарушение электрического равновесия означает наличие контакта между разнородными проводниками.

Все же эта удобная позиция в споре была довольно шаткой и, несомненно, была бы разбита, если бы Вольта не нашел способа не только заменить лягушку другой гальванической цепью (собственным языком), как это было сделано в его поразительных опытах, но и вообще исключить все не чисто физические элементы из опыта. В 1796 г. Вольте удается наконец-то обнаружить контактное электричество чисто физическими методами с помощью дупликатора Никольсона. За первой изящной серией опытов с дупликатором последовали его классические опыты с конденсаторным электроскопом, описываемые сейчас во всех учебниках.

Из гальванической цепи была исключена лягушка, но зато и Гальвани исключил из цепи все физические факторы. С этого момента два направления исследования - физическое и физиологическое - разделились. По одному общему вопросу споры еще продолжались и особенно ожесточились в XIX столетии, пока в 1844г. Карло Маттеуччи (1811-1868) не опубликовал серию работ, доказывающих существование «животного электричества», отрицаемого «вольтианцами», но обладающего теми же свойствами, что и обычное электричество, а не отличного от него по природе, как утверждали «гальванианцы».

Теперь, уже уверенный в том, что свел гальваническое явление к чисто физическому, Вольта продолжал свои теоретические и экспериментальные исследования с вполне определенной целью - найти способ увеличения эффекта, который слишком слабо выражен при контакте только двух металлов. Так он начал исследовать «цепи» из проводников, т. е. явления, возникающие при приведении в соприкосновение нескольких проводников.

Загадочный триумф

В 1801 году в Париже произошло яркое событие, неоднократно описанное историками науки: в присутствии Наполеона Бонапарта состоялось представление работы "Искусственный электрический орган, имитирующий натуральный электрический орган угря или ската" с демонстрацией модели этого органа. Наполеон щедро наградил автора: в честь ученого была выбита медаль и учреждена премия в 80 000 экю. Все ведущие научные общества того времени, включая Петербургскую академию наук, изъявили желание видеть его в своих рядах, а лучшие университеты Европы были готовы предоставить ему свои кафедры. Позднее он получил титул графа и был назначен членом сената Королевства Италия. Имя этого человека хорошо известно и сегодня, а различные варианты искусственных электрических органов, имитирующих натуральные, выпускаются в миллиардных количествах. Речь идет об Алессандро Вольте и его изобретении - Вольтовом столбе, прообразе всех современных батарей и аккумуляторов. Какое отношение имеет Вольтов столб к электрическим органам рыб - об этом позже, а пока обратим внимание на то обстоятельство, что демонстрация проводилась с подчеркну той помпезностью и при большом стечении народа. Вольтов столб предположительно давал напряжение 40-50 вольт и ток менее одного ампера. Что же именно должен был показать Вольта, чтобы поразить всеобщее воображение? Представьте, что не Вольта, а вы стоите перед Наполеоном с полным ящиком самых лучших батареек и хотите продемонстрировать с их помощью что-нибудь эффектное. Лампочек, моторчиков, плееров и прочая нет еще даже в идее. Электрофорная машина к тому времени давно известна, лейденская банка изобретена более чем за 50 лет до этого. Все связанное с искрами, треском, светящимися наэлектризованными шарами, одновременным подпрыгиванием от электрического удара большой группы людей уже не раз демонстрировалось и не вызвало даже малой доли таких почестей и наград. Почему же триумф выпал на долю Вольтова столба? По-видимому, секрет успеха заключался в том, что Вольта повторил перед Наполеоном опыты по оживлению отрезанных членов с помощью малых количеств электричества. "Я делал их не только над лягушками, но и над угрями и над другими рыбами, над ящерицами, саламандрами, змеями и, что важнее, над мелкими теплокровными животными, именно над мышами и птицами", - писал ученый в 1792 году, в самом начале исследований, приведших в итоге к великому изобретению. Представьте себе разнообразные отрезанные части различных животных, лежащие совершенно недвижно, как и подобает отрезанным членам, из коих вытекла жизненная сила. Малейшее прикосновение Вольтова столба - и плоть оживает, трепещет, сокращается и содрогается. Были ли в истории науки опыты, более потрясающие воображение? Но все знают, что идея этих опытов принадлежит отнюдь не Вольте, а Луиджи Гальвани. Почему же он не был осыпан почестями в первую очередь или по меньшей мере рядом с Вольтой? Причина отнюдь не в том, что Гальвани к тому времени уже скончался, - будь он жив, наполеоновская награда, скорее всего, досталась бы Вольте. Да и не в Наполеоне дело - в последующие годы не он один возвышал Вольту и принижал Гальвани. И на то были свои резоны.

Упрямый "лягушатник"

Из учебников физики о Луиджи (или, в латинизированной форме, Алоизии) Гальвани известно примерно следующее: итальянский врач, анатом и физиолог конца XVIII века; на явление, получившее название "опыт Гальвани", он наткнулся случайно и не смог правильно объяснить, поскольку исходил из ложной гипотезы о существовании некоего животного электричества. А вот разобраться в явлении и создать полезное устройство на его основе смог физик Алессандро Вольта. Казалось бы, картина ясная: анатом резал лягушек (а что еще умеет делать анатом?), случайно наткнулся на то, что лапка дергается под действием тока, и ничего не понял - не физик, куда ему понимать суть вещей. Вольта, физик, все тщательно повторил, все правильно объяснил и даже подтвердил практикой. А то, что анатом и врач то ли из упрямства, то ли по недомыслию продолжал настаивать на своем, окончательно плохо его характеризует. Непонятно, почему человечество оказалось столь благосклонным к этому врачу, что присвоило его имя и токам проводимости, и целой области физики, и прибору для измерения тока, и важнейшему технологическому процессу электрохимического нанесения металлических покрытий, и даже изобретенным Вольтой источникам тока. Ни с одним из самых известных физиков - ни с Ньютоном, ни с Декартом, ни с Лейбницем, ни с Гюйгенсом, ни с любимцем классической физики Джеймсом Клерком Максвеллом - не связано такое количество терминов. Но вот что забавно: когда речь идет об областях не физических, термины, связанные с именем Гальвани, вполне респектабельны и устойчивы: гальванотерапия, гальваническая ванна, гальванотаксис. Если же дело касается физики, то на всякий гальванический термин есть термин антигальванический: не гальванометр, а амперметр; не гальванический ток, а ток проводимости; не гальванический элемент, а химический источник тока. Чем ортодоксальнее учебник физики, тем меньше вероятность встретить в нем не только какое-либо упоминание научных заслуг Гальвани, но и гальваническую терминологию. Официальные власти империи сэра Исаака Ньютона, или "цеховики", как называл их Гёте, явно отказывают в гражданстве Луиджи Гальвани, но кто-то постоянно пишет на стенах храма науки его имя и напоминает о его существовании. Попробуем разобраться, в чем тут дело. Гальвани, прежде всего, физиолог, но в конце XVIII века это слово воспринималось буквально: физика - природа, логия - ее изучение, физиолог - изучатель природы, или, по-русски, естествоиспытатель. К началу описываемых событий в лаборатории Гальвани находились электрофорная машина, электрофор конструкции Вольты, электроскоп, сделанный в соответствии с указаниями Вольты, лейденская банка, магический квадрат (другой вариант конденсатора), громоотвод, то есть весь арсенал средств для исследования электричества, которым располагала физика того времени. Что касается занятий врачеванием и анатомией, то медицина была весьма распространенным средством существования естествоиспытателей того времени. Из множества примеров приведу основателя гидродинамики Даниила Бернулли, который писал свои знаменитые уравнения для объяснения системы кровообращения и был в один из периодов своей жизни профессором анатомии Петербургской академии наук. Кроме того, изучение электричества было теснейшим образом связано с медициной. Начало этим исследованиям положил врач королевы Елизаветы - Гильберт, от которого и пошла вся янтарная терминология и который в 1600 году издал большой трактат по магнетизму и электричеству. Теперь о случайности открытия. С указания на случай начинает свой "Трактат о силах электричества при мышечном движении" сам Гальвани: "Итак, я считал, что сделаю нечто ценное, если я кратко и точно изложу историю моих открытий в таком порядке и расположении, в каком мне их доставили отчасти случай и счастливая судьба, отчасти трудолюбие и прилежание. Я сделаю это не только для того, чтобы мне не приписывалось больше, чем счастливому случаю, или случаю больше, чем мне, но для того, чтобы дать как бы факел тем, которые пожелают пойти по тому же пути исследования..." Согласно мнению большинства историков науки, случай явился в лице молодой жены Гальвани - Лючии Галеацци, дочери учителя Гальвани, которая крутила ручку электрофорной машины, в то время как ассистент препарировал лягушку. Лапка билась под скальпелем, и наблюдательная женщина заметила, что судороги случаются тогда, когда между шарами машины проскакивает искра. Она обратила внимание мужа на это совпадение, и революция в физике началась. Описываемые события произошли в 1780 году, а трактат вышел только в 1791-м, и за эти 11 лет было поставлено огромное число экспериментов, в ходе которых ярко проявился удивительнейший талант Гальвани обращать внимание на существенные детали и выносить на свет сокрытое. Прежде всего, Гальвани установил, что для устойчивой повторяемости явления необходимо, чтобы экспериментатор касался либо металлических заклепок скальпеля, либо его металлического острия, "открывая доступ электрическому флюиду". Затем из опыта был исключен экспериментатор со скальпелем - его заменили на очень длинную проволоку, висящую на шелковых нитях и соединенную с нервом. Лапку при этом электрически соединяли с землей. В меньшей степени, но все-таки проявлялся эффект и в том случае, когда проводник присоединяли только к нерву или только к мышце. Гальвани провел один из первых в истории человечества экспериментов по электромагнитной связи. При этом требовались определенные анатомические умения, чтобы обеспечить полную электрическую изоляцию нерва от мышц. Дальность связи была невелика, но, во всяком случае, удалось получить устойчивые сокращения лапок при расположении электрофорной машины в соседней комнате. (Кстати говоря, более чем через сто лет, в 1923 году, лягушачью лапку применяли в качестве приемника в первых опытах по телеграфии на большие расстояния.) Препарированную лапку подвешивали на проволочках или вместе с антенной помещали в герметичный стеклянный сосуд и откачивали воздух - эффект сокращения все равно возникал. Малейшее же нарушение электрической цепи "проводник - нерв - мышца - проводник" приводило к остановке сокращений. Другая серия опытов состояла в замене искусственного электричества от электрофорной машины и лейденских банок на естественное грозовое электричество. Лапку соединяли с громоотводом, и во время грозы наблюдались сокращения при разрядах молний и при прохождении туч. Гальвани обратил внимание на то, что в некоторых случаях одна вспышка молнии вызвала несколько сокращений. Наконец, были предприняты исследования влияния атмосферного электричества, для чего лапки в ясную погоду вывесили на медных крючках на балконе с железными перилами. Гальвани стал прижимать медные крючки к железной решетке, и тут впервые заметил сокращение лапки при контакте разнородных металлов. Этого оказалось достаточно, чтобы придать экспериментам новое направление и перенести опыты обратно в комнату. Гальвани с изумлением убеждается в том, "что сокращения были различны сообразно различию металлов, именно в случае одних - сильнее и быстрее, а в случае других - слабее и медленнее". Было чему удивляться: до этого никаких различий электричес ких свойств металлов физике не отмечали. Теперь опыты состояли в замыкании нерва с наружной стороной мышцы дугой из металлов. Пытливый экспериментатор выявил, что "если вся дуга железная или крючок железный и если также проводящая пластина железная, то чаще всего сокращения либо отсутствуют, либо весьма незначительны. Если, однако, один из этих предметов железный, а другой - медный или же, что гораздо лучше, серебряный, то сокращения немедленно становились гораздо больше и гораздо продолжительнее". Осторожно высказав "некоторое подозрение об электричестве, свойственном самому животному", Гальвани не торопится считать это доказанным. Лишь подробно описав множество опытов так, чтобы желающие могли повторить их, он наконец объявляет мышцу "местом пребывания исследованного нами электричества". Схемы опытов постоянно оптимизируются с тем, чтобы вызвать устойчивый эффект наименьшим количеством электричества. Существенным оказывается покрытие нервов тонкой металлической, лучше всего оловянной, фольгой. При этом сокращение наблюдается даже без замыкающей дуги при одном лишь соприкосновении проводящего тела с обложенными фольгой нервами. Воздействие на нервы проявляется гораздо сильнее, чем на мышцы. Гальвани устанавливает, «что все части рассеченных животных так или иначе свободно проводят и легко пропускают электричество, вероятно вследствие влажности, которой они пропитываются». Трактат Гальвани написан в замечательной манере, при которой главное внимание уделяется не могуществу вспомогательного средства, например математического аппарата, не философским или теологическим ассоциациям, а аккуратному описанию постановки и результатов опытов и непосредственному движению мысли, выраженной естественным языком. Он рассматривает мышцу как батарею лейденских банок, указывая, что электричество сосредоточено на поверхности между внутренней полостью мышечных волокон и наружной. В качестве существенной детали этой гипотезы Гальвани предлагает принять во внимание, "что мышечное волокно, хотя на первый взгляд и очень простое, состоит, однако, из различных как твердых, так и жидких частей, что обусловливает в нем немалое разнообразие веществ". Широкими мазками набрасывает он картину возможных методов электромедицины и, главное, роли электричества в функционировании живого. Конечно, текст не свободен от фраз, вызывающих улыбку сегодняшнего читателя, например: "...болезни поражают особенно стариков, так как у них обильнее должны накопляться массы испорченного животного электричества..." Следует помнить, что в те времена электричество считали особой жидкостью, имеющей характерные вкус и запах. Теперь о "ложной гипотезе о животном электричестве". Начнем с того, что ко времени написания трактата Гальвани существование животного электричества было уже не гипотезой, а фактом: в 1773 году Уолш с помощью Кавендиша окончательно доказал электрическую природу разрядов электрических рыб. По мнению Гальвани, разряды электрических органов рыб отличаются от электрических сокращений мышц лягушек только количественно, но не качественно. Весь мир пронизан электричеством, в каждой лягушачьей лапке, в каждом живом органе текут слабые гальванические токи, вызывающие поразительные физиологические эффекты. Представлялась более чем очевидной гипотеза о том, что мозг экстрагирует электрический флюид из крови, а легкие всасывают электричество из атмосферы (не зря в грозу так легко дышится). Тонкая электрическая жидкость, неразличимая ни в какие микроскопы, распространяется по нервам, питает все члены и обеспечивает функционирование всех чувств. Если научиться отворять и затворять электричество, как кровь, заменять тухлое электричество свежим, то в медицине состоится большой скачок. Казалось бы, опыты Гальвани убедительно подтверждали такую упрощенную схему. Главным становился вопрос о том, где брать свежее электричество. Натуральные разряды электрических рыб в те времена ценились крайне высоко: есть сведения, что в Англии желающие платили 12 шиллингов 6 пенсов за оцепеняющий разряд угря, другие называют более дешевые разряды - по 2 шиллинга, но, возможно, цены колебались. В любом случае этот путь для массовой медицины не годился: больно хлопотно ездить к пациентам с электрическим угрем в саквояже-аквариуме. Вот почему такой восторг вызвал Вольтов столб - искусственный аналог электрического органа. Опыты физика профессионала Алессандро Вольта был на восемь лет моложе Гальвани, но последний в своем трактате называет его знаменитейшим и изготовляет приборы, следуя опубликованным рекомендациям Вольты. Вольта происходил из более знатной семьи, чем Гальвани, получил прекрасное образование, был лично знаком со многими авторитетными физиками Европы, состоял в переписке с Английским королевским обществом и, будучи принятым в его ряды, явно хотел быть в нем заметным. Биографы Вольты утверждают, что ему несвойственно честолюбие, но по его письмам складывается обратное впечатление. В отличие от Гальвани он легко идет на контакт с новой пронаполеоновской властью Италии, отрешившей Гальвани в последние годы его жизни от кафедры. Первая реакция Вольты на трактат крайне эмоциональна: "Я должен, однако, признаться, что я приступил к первым опытам с недоверием и без больших надежд на успех: настолько поразительными казались мне описанные явления, которые если и не противоречили, то слишком превосходили все то, что до сих пор было известно об электричестве, такими чудесными они мне казались. За это мое недоверие и как бы упорное предубеждение, которого я не стыжусь, я прошу прощения у автора открытия и считаю теперь своей славной обязанностью в такой же мере почтить его после того, как я видел и трогал рукой то, чему столь трудно было поверить до того, как потрогать и увидеть. Однако после того, как я сам стал очевидцем и творцом всех этих чудес, я наконец обратился и перешел от недоверия, может быть, к фанатизму". Сразу после ознакомления с этим трактатом Вольта подробно и гораздо более определенно, чем Гальвани, излагает аргументацию последнего и соглашается с ней. Один из основных выводов: проводники не могут быть источником электричества, электричество содержится только в изоляторах. Если при прикосновении дуги из металлов, неважно одного или двух, течет ток, то источник его находится вне дуги, то есть внутри организма. "Таким образом, если проводящая дуга вызывает вышеуказанные сокращения мышцы, то мы должны предположить, что эти органы животного, естественно, обладают электричеством в любом состоянии или что электрический флюид в соответствующих частях неуравновешен". Позже именно этот пункт об естественном присутствии электричества в животных органах будет Вольтой опровергнут и предъявлен как главный источник ошибок Гальвани. Вольта не видит особых заслуг Гальвани в обнаружении начального явления - сокращения лапки под действием искр от электрофорной машины. "Только случай натолкнул м. Гальвани на явление, которое его удивило гораздо больше, чем следовало бы. Впрочем, кто мог бы подумать, что электрический ток, до такой степени слабый, что его не могли обнаружить даже самые чувствительные электрометры, был способен действовать с такой силою на органы животного…" Для физика Вольты высокая чувствительность - вопрос количественный. Для физиолога Гальвани, судя по всему, - качественный. То, чему удивился Гальвани в первых опытах, на современном языке можно назвать адекватностью электростимуляции. Если количество электричества столь малое, что его почти не показывают электроскопы, вызывает ярко выраженный физиологический эффект, то стимул адекватен живому, то есть природа посылает через нервы в мышцы именно электрические импульсы. А значит она умеет их генерировать.

Подобные документы

Краткая биографическая справка из жизни Луиджи Гальвани. Успех опыта с лягушкой. Роль Алессандро Вольта в открытиях ученого. Опыты с "животным электричеством" как основа появления электрофизиологии, исследующей электрические явления в живом организме.

презентация , добавлен 18.12.2015


Электризация тел. Строение атома. Легенда об открытии электризации. Опыты Абрама Иоффе и американского ученого Роберта Милликена. Электрометр Рихмана. Законы электрического тока. Опыты Гальвани. Электрическая батарея и гальванический элемент Вольта.

реферат , добавлен 23.11.2010


Этапы развития науки об электричестве. Теории электрических явлений. Физика и живые организмы, их связь. Электричество в различных классах живых организмах. Исследование протекания электричества в земноводных, опыты Гальвани, Александра Вольта.

реферат , добавлен 20.12.2010


Сведения об электричестве и магнетизме. Первые успехи в исследовании магнитных явлений в средние века. Развитие учения об электричестве в XVII и XVIII вв. до изобретения лейденской банки. Изобретение лейденской банки и первые электрические приборы.

доклад , добавлен 25.05.2009


Электричество - совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Открытие электричества: работы и теории естествоиспытателей Франклина, Гальвани, Вольта, Ампера, Кулона, Эрстеда, Фарадея, Гилберта.

презентация , добавлен 29.01.2014


Период школьного обучения Майкла Фарадея, его первые самостоятельные исследования (опыты по выплавке сталей, содержащих никель). Создание английским физиком первой модели электродвигателя, открытие электромагнитной индукции и законов электролиза.

презентация , добавлен 22.10.2013


Открытие электрических явлений. Простые опыты по электризации различных тел. Появление статического электричества на железнодорожном транспорте. Основные способы борьбы со статическим электричеством. Применение токопроводящих пластиков для полов.

презентация , добавлен 22.10.2016


Происхождение и юность Джеймса Прескотта Джоуля. Исследование законов электромагнетизма. Работа с Уильямом Томсоном, научная деятельность Джоуля. Опыты ученого, его открытия в области физики. Установка для измерения механического эквивалента тепла.

презентация , добавлен 26.05.2012


Строение атома. Атом как целое. Структура атома: опыты Резерфорда, планетарная модель атома Резерфорда, квантовые постулаты Бора. Лазеры: история создания, устройство, свойства, применение лазера в ювелирной отрасли, в медицине.

реферат , добавлен 13.04.2003


Предпосылки и история развития процесса открытия электрона. Опыты Томсона и Резерфорда и методы открытия электрона. Метод Милликена: описание установки, вычисление элементарного заряда. Метод визуализации Комптона. Научное значение открытия электрона.

После первых же случаев поражения электрическим разрядом возникли, как мы видели, обоснованные предположения, и надежды, что новое вещество окажется способным облегчать или вылечивать болезни страждущего человечества. Открытие лейденской банки подтвердило предположения и еще больше подкрепило надежду. А когда Франклину наконец удалось извлечь электричество из облаков, а несколько позже Лемонье получил электричество при ясной погоде, стало казаться, «что вся природа стала электрической». А если вся природа электрическая, то и жизнь человека, как физическая, так и духовная, должна определяться течением по жилам и по мускулам этого таинственного вещества. Таким образом возникло представление о животном электричестве, главном регуляторе жизни животных вообще и людей в частности.

Луиджи Гальвани. Портрет кисти неизвестного художника

В 1773 г. появился мемуар Джона Уолша (?-1795), в котором доказывается электрическая природа известного свойства рыбы, называемой с тех пор электрическим скатом. Вильгельм Гравезанд и Мушенбрек, не удовлетворенные существовавшим ранее механическим объяснением действия этой рыбы, также выдвигали предположение о его электрической природе, но не подтвердили его никакими опытами. Некоторые опыты в этом направлении проделал Байен (1745-1798), но они прошли незамеченными. Таким образом, мемуар Уолша воспринимался как открытие и произвел сильное впечатление. В нем экспериментально показано, что явление удара от электрического ската можно воспроизвести с помощью искусственного электричества. Мемуар Уолша, написанный в виде письма Франклину, кончается так:

«С удовольствием направляю Вам эти сообщения. Те, что предсказывали и показали связь электричества со страшными атмосферными молниями, со вниманием узнают о том, что в глубине океана электричество существует в виде кроткой молнии, молчаливой и невидимой. Те, что анализировали заряженные банки, с удовольствием увидят, что их законы справедливы и для живых банок. Те, кто стал электриком благодаря разуму, с уважением отнесутся к электрику по инстинкту, которого природа с самого рождения одарила чудесным аппаратом и способностью пользоваться им» (John Walsh, Of the electric Property of Torpedo, Phil. Transactions of the Roy. Soc. of London, 1809, XIII, 477 (1773)).

За мемуаром Уолша последовало много других работ, посвященных физическому и анатомическому исследованию электрического ската; среди них выделяется мемуар Кавендиша (1776 г.), в котором помимо некоторых данных по интересовавшему его вопросу об измерении электрического сопротивления описан «искусственный электрический скат», где электричество поставляется батареей лейденских банок. Это забавное приспособление было погружено в подсоленную воду той же степени солености, что и море. При этом наблюдались те же эффекты, что и при действии ската.

Первые опыты Гальвани. (Memorie ed esperimenti inediti di Luigi Galvani, 1937).

В период максимального обилия публикаций, последовавшего за работой Уолша, физики разделились на два лагеря: одни считали животное электричество свойственным лишь «электрическим рыбам», другие же приписывали его вообще всем животным. Физиологи того времени в свою очередь придумали себе без всяких экспериментальных оснований «животные эссенции», подобные электрическому флюиду, но в остальном не определенные. Эссенции, протекая по нервам, ответственны за перенос ощущений к мозгу и произвольное сокращение мышц в результате волевых импульсов. На фоне этого океана необоснованных гипотез, путаных идей, ошибочных аналогий, смутных предчувствий начались исследования Луиджи Гальвани, родившегося в Болонье 9 сентября 1737 г. и умершего там же 4 декабря 1798 г.

Еще в 1773 г. Гальвани, будучи профессором анатомии в Болонскрм университете, начал анатомическое исследование мышечных движений лягушек, а в 1780 г. произвел на них свои первые электро-физиологические опыты. После И лет исследований и опытов он опубликовал свои результаты в знаменитом трактате «De vlribus electricitatis in motu musculari commentarius» («Трактат о силах электричества при мышечном движении»), помещенном в «Комментариях» Болонской академии и переизданном в следующем году племянником Гальвани Джованни Альдини, добавившим к трактату некоторые замечания и одну работу. В 1937 г. Энрико Бенасси выпустил первый итальянский перевод этого трактата с параллельным латинским текстом (Меmoriе ed esperimenti inediti di Luigi Galvani, Bologna, 1937, p. 83-192).

Гальвани так рассказывает об обстоятельствах своего открытия:

«Я разрезал и препарировал лягушку, как указано на фигуре Q, и поместил ее на стол, на котором находилась электрическая машина, при полном разобщении от кондуктора последней и на довольно большом расстоянии от него. Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Другой же из них, который помогал нам в опытах по электричеству, заметил, как ему казалось, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искра. Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нем скрытного» (De viribus electricitatis in motu musculari commentarius, в книге Opere edite ed medite del Professore Luigi Galvani raccolte e publicate per cura dell Accademia delle Scienze dell"Istituto di Bologna, Bologna, 1841, p. 63. (Есть русский перевод в книге: Л. Гальвани, А. Вольта, Избранные работы о животном электричестве, М. -Л., 1937.)).

Различные опыты Гальваыи. (Memorie ed esperimenti inediti di Luigi Galvani, 1937).

Многочисленные последующие эксперименты Гальвани подтвердили, что явление происходит именно так, как заметил его ассистент: как только из машины извлекается искра, каждый раз лягушку охватывает судорожная дрожь, если к ее нервам в этот момент экспериментатор прикасается проводником. Такие же результаты получались и на других животных, как холоднокровных, так и теплокровных, а также в тех случаях, когда искра извлекалась из лейденской банки или электрофора.

Надо было теперь установить, продолжает Гальвани во второй части своей работы, не вызывает ли атмосферное электричество те же эффекты, что и искусственное. С этой целью он протянул над своим домом длинный проводник и подвешивал к нему за бедренные нервы лягушек, к лапкам которых была присоединена другая весьма длинная проволока, опущенная в воду в колодезь, и наблюдал, что «...сколько раз вспыхивала молния, столько же раз все мышцы в тот же момент впадали в сильнейшие и многократные сокращения» (Там же, р. 76-80).

Более того, сокращения мышц происходили не только в момент вспышки молнии, но и при грозовом небе, когда облака близко проходили над местом нахождения проводника.

Из этих опытов, продолжает Гальвани в третьей части работы, возникает желание определить экспериментально, не вызывается ли сокращение мышц лягушки не только бурными проявлениями атмосферного электричества, но и «спокойным электричеством и при ясном небе».

С этой целью он приготовил несколько лягушек и подвесил их на медных крючках к железной решетке, окружавшей висячий садик его дома. Несколько раз он наблюдал при этом сокращения мышц и приписывал их изменению состояния атмосферного электричества:

Но вскоре он увидел, что ни одно из этих сокращений в действительности не объяснялось изменением состояния атмосферы. Тогда он решил продолжить опыты в доме: приготовил лягушку, положил ее на стол, прикрепил к ее спинному мозгу крючок, а другим концом дотрагивался до других частей, и вот «появились такие же сокращения, такие же движения». Гальвани различным образом менял условия опыта, приходя все время к тем же результатам.

«Подобный результат вызвал в нас немалое удивление и начал возбуждать в нас некоторое подозрение об электричестве, свойственном самому животному. Мне представлялось, что при этом явлении от нервов к мышцам как бы протекает флюид и образуется цепь, как в лейденской банке» (Там же, р. 76-80).

Последующие опыты превратили это предположение в уверенность: каждый раз, как металлической дугой соединялись мышцы и нервы только что убитой и препарированной лягушки, тотчас же происходило сокращение мышц.

Одно экспериментальное обстоятельство настолько привлекло внимание Гальвани, что он специально упоминает о нем: сокращения значительно более сильны, если металлическая дуга составлена из двух различных металлов.

«Так, например, если дуга железная и крючок железный, то чаще всего сокращения либо отсутствуют, либо весьма незначительны. Если, однако, один из этих предметов, например, железный, а другой медный или же, что гораздо лучше, серебряный (серебро по сравнению с другими металлами представлялось нам наиболее подходящим для проведения животного электричества), то сокращения немедленно становились гораздо энергичнее и гораздо продолжительнее» (Там же. р. 84, 100).

Исходя из этих опытов Гальвани считает себя вправе так начать четвертую и последнюю часть своего труда:

«Из того, что мы до сих пор узнали и исследовали, можно, я полагаю, с достаточным основанием заключить, что животным присуще электричество, которое мы позволили себе обозначить вместе с Бертолонием и другими некоторым общим названием «животного» (Там же. р. 84, 100).

Таким образом, цель четвертой части его труда - показать, что животное электричество имеет ту же природу и те же свойства, что и «машинное» электричество. Позже, в работе 1795 г., опубликованной в 1797 г. и написанной в виде письма Спаланцани, Гальвани изложил более полно теорию животного электричества: это электричество накапливается в неравновесном состоянии в мышечных тканях; через нерв, соприкасающийся с мышцей, оно переходит в еталлическую дугу, а через нее вновь возвращается в мышцу. Иными словами, мышцы и нервы, согласно Гальвани, образуют как бы две обкладки лейденской банки.