De Volta a Gassner, o las fuentes químicas de corriente en el siglo XIX.  Museo Virtual de la Computación ¿Cuáles fueron los experimentos de Volt?

Volta y Galvani

En 1801, tuvo lugar en París un hecho sorprendente, descrito repetidamente por los historiadores de la ciencia: en presencia de Napoleón Bonaparte, se presentó la obra de Alessandro Volta "Un órgano eléctrico artificial que imita el órgano eléctrico natural de una anguila o una mantarraya" con una demostración de un modelo de este órgano. Napoleón recompensó generosamente al autor: se acuñó una medalla en honor del científico y se estableció un premio de 80.000 ecus. Y un día Napoleón, al ver en la biblioteca de la Academia Francesa una corona de laurel con la inscripción “Al Gran Voltaire”, borró las últimas letras para que quedara: “Al Gran Volta”... Todas las principales sociedades científicas Los de la época, incluida la Academia de Ciencias de San Petersburgo, expresaron su deseo de ver a Volta en sus filas, y las mejores universidades de Europa estaban dispuestas a proporcionarle sus departamentos.

El invento de Volta, que modestamente propuso llamar "órgano eléctrico artificial", y sus contemporáneos lo llamaron unánimemente "pilar voltaico", es el prototipo de todas las baterías y acumuladores modernos. El científico francés Arago, contemporáneo de Volta, consideraba que el "pilar del Volta" era "el dispositivo más notable jamás inventado por el hombre, sin excluir el telescopio y la máquina de vapor".

El camino que llevó a Volta a la creación de su invento comienza con los famosos experimentos de Luigi Galvani, quien descubrió una posibilidad diferente de generar electricidad que mediante la electrificación por fricción. ¿Por qué no fue honrado primero, o al menos después de Volta? La razón no es que Galvani ya hubiera muerto en ese momento; si hubiera vivido, lo más probable es que el premio napoleónico hubiera sido para Volta de todos modos. Y no se trata de Napoleón: en los años siguientes, no fue el único que elevó a Volta. Y había razones para ello. es largo y historia interesante. Contámoslo brevemente.

Galvani se hizo famoso por sus experimentos en el estudio de la contracción muscular. En 1771 descubrió el fenómeno de la contracción de los músculos de una rana disecada bajo la influencia de una corriente eléctrica, como comentamos en el primer capítulo. Y así es como sucedió en la descripción dada en el libro de C. Flammarion: “Todos, por supuesto, recuerdan el famoso caldo de rana preparado para la señora Galvani en 1791. Galvani se casó con la bella hija de su ex profesora, Lucia Galeozzi, y la amaba muchísimo. Enfermó de tisis y agonizaba en Bolonia. El médico le recetó un nutritivo caldo a base de ranas, la comida es muy rica, cabe destacar. Seguramente Galvani quería cocinarlo él mismo. Sentado en su balcón, limpió varias ranas y colgó sus extremidades inferiores, separadas del cuerpo, en la reja de hierro del balcón utilizando los ganchos de cobre que utilizaba en sus experimentos. De repente notó con considerable sorpresa que las ancas de las ranas se estremecían convulsivamente cada vez que tocaban accidentalmente el hierro del balcón. Galvani, que en aquel momento era profesor de física en la Universidad de Bolonia, observó este fenómeno con una perspicacia poco común y pronto descubrió todas las condiciones para su reproducción.

Si tomas las patas traseras sin piel, puedes ver los nervios craneales. Después de envolver los nervios expuestos de las patas en estaño y colocar las patas sobre una tira de cobre, es necesario poner la placa de hojalata en contacto con la de cobre. Como resultado, los músculos de las piernas se contraerán y la placa sobre la que descansan se volcará con considerable fuerza”. Pero ya sabemos quién probablemente notó la contracción de las ancas de la rana. Sin embargo, en cualquier caso, cabe señalar que las observaciones del físico boloñés fueron recibidas con risas y sólo unos pocos científicos serios les prestaron la debida atención. El pobre científico estaba muy molesto. “Estoy siendo atacado”, escribió en 1792, “por dos sectas completamente diferentes: los eruditos y los ignorantes. Ambos se ríen de mí y me llaman maestro de danza de ranas. Mientras tanto, estoy convencido de haber descubierto una de las fuerzas de la naturaleza."

Sin embargo, el origen de la corriente sigue siendo un misterio. ¿Dónde aparece la corriente: solo en los tejidos del cuerpo de la rana, solo en metales diferentes o en una combinación de metales y tejidos? Desafortunadamente, Galvani llegó a la conclusión de que la corriente se origina exclusivamente en los tejidos del cuerpo de la rana. Como resultado, para sus contemporáneos el concepto de “electricidad animal” empezó a parecer mucho más real que la electricidad de cualquier otro origen. A grandes rasgos esboza una imagen de los posibles métodos de la electromedicina y, lo más importante, del papel de la electricidad en el funcionamiento de los seres vivos. Esbozó los resultados de las observaciones y la teoría de la "electricidad animal" en 1791 en su obra "Tratado sobre las fuerzas de la electricidad en el movimiento muscular" (De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius).

El descubrimiento de Galvani causó sensación. La aparición del Tratado despertó gran interés en los más diferentes paises. Su segunda edición se publicará el próximo año. Galvani se hace famoso por poco tiempo. Una ola de experimentos surgió en toda Europa, estableciendo vínculos directos entre laboratorios biológicos, carnicerías, guillotinas y cementerios. Con un electrodo en la mano, Volta hizo mover una lengua de oveja cortada y saltamontes sin cabeza cantaron. Zanetti pasó dos horas observando la contracción de cada trozo de la serpiente, cortada en tres. ¿Qué pasaría, pensaron, si pasaras una corriente eléctrica a través de un cadáver humano? El sobrino de Galvani, Giovanni Aldini, realizó un viaje a Europa durante el cual ofreció al público un espectáculo repugnante. Su demostración más notable ocurrió el 17 de enero de 1803, cuando conectó los polos de una batería de 120 voltios al cuerpo del asesino ejecutado George Forster. Cuando Aldini colocó los cables en la boca y la oreja, los músculos faciales comenzaron a contraerse y apareció una mueca de dolor. El ojo izquierdo se abrió, como si quisiera mirar a su torturador. El espectáculo terminó solemnemente cuando Aldini conectó un cable a su oreja e insertó el otro en su recto. El cadáver empezó a bailar de forma repugnante. El London Times escribió: “A la parte ignorante del público podría haberles parecido que el desafortunado hombre estaba a punto de volver a la vida”.

Innumerables personas comenzaron a realizar experimentos utilizando el método de Galvani. Esto es lo que escribieron sobre esto en una de las antiguas enciclopedias: “Durante miles de años, una tribu de ranas de sangre fría se abrió camino despreocupadamente en la vida, como la naturaleza lo había delineado, creció libremente y disfrutó de los bienes terrenales, conociendo solo un enemigo. , Sr. Cigüeña, y, tal vez, sufriendo daños por parte de gourmets que exigieron sacrificios para sí mismos en forma de un par de ancas de rana de un sinfín de especies. Pero a finales del siglo pasado comenzó un siglo desafortunado para las ranas. Un mal destino ha reinado sobre ellos, y es poco probable que las ranas alguna vez se liberen de él. Perseguidos, capturados, torturados, arrancados el cuero cabelludo, asesinados, decapitados, pero la muerte no acabó con sus desgracias. La rana se convirtió en un dispositivo físico y se puso a disposición de la ciencia. Le cortarán la cabeza, le arrancarán la piel, le enderezarán los músculos y le atravesarán la espalda con alambre, pero ella todavía no se atreve a ir a su lugar de descanso eterno; obedeciendo las órdenes de los físicos o fisiólogos, sus nervios se irritarán y sus músculos se contraerán hasta que se seque la última gota de “agua viva”.

Es bastante natural que el fisiólogo Galvani llegara a la conclusión de la existencia de una “electricidad animal”. Toda la situación experimental empujó hacia esto. Estaba convencido de haber desentrañado la causa de las contracciones musculares, que para todos los científicos naturales hasta ahora permanecían "enterradas en la profunda oscuridad". Galvani no estaba destinado a comprender por qué se contraen las patas de las ranas muertas. Lo hizo su compatriota Galvani, uno de los primeros en emprender la persecución. Era Alejandro Volta. Era ocho años menor que Galvani, pero este último en su tratado lo llama el más famoso y fabricó instrumentos siguiendo las recomendaciones publicadas de Volta. Volta provenía de una familia más distinguida que Galvani, recibió una excelente educación, conocía personalmente a muchos físicos respetados en Europa, mantenía correspondencia con la Royal Society inglesa y, habiendo sido aceptado en sus filas, claramente quería hacerse notar en ella. A diferencia de Galvani, se puso en contacto fácilmente con el nuevo gobierno pronapoleónico de Italia, que destituyó a Galvani de la presidencia en los últimos años de su vida.

Volta conoció la obra de Galvani, y aquí está su primera reacción al tratado: “Debo, sin embargo, admitir que comencé los primeros experimentos con desconfianza y sin grandes esperanzas de éxito: los fenómenos descritos me parecieron tan asombrosos que, aunque no se contradecían, eran demasiado superiores a todo lo que se sabía hasta ahora sobre la electricidad, me parecieron tan maravillosos. Por esta desconfianza y, por así decirlo, obstinado prejuicio, del que no me avergüenzo, pido perdón al autor del descubrimiento y ahora considero mi glorioso deber honrarlo en la misma medida después de haberlo visto y tocado con mi mano algo que antes era tan difícil de creer como tocar y ver. Sin embargo, después de que yo mismo me convertí en testigo ocular y creador de todos estos milagros, finalmente me convertí y pasé de la desconfianza, tal vez al fanatismo”. En esa época (1792) Volta ya era un físico famoso, profesor de la Universidad de Pavía y miembro de la Royal Society de Londres. Para entonces, había inventado un nuevo electroscopio sensible, un condensador eléctrico y varios otros instrumentos. También realizó experimentos con una rana disecada y observó los mismos efectos que Galvani.

Estos experimentos confirmaron plenamente los resultados de Galvani, pero Volta se propuso añadir algo de medida a esto. NUEVA Área ciencia, es decir, realizar un estudio cuantitativo de la “electricidad animal”, medir su magnitud y la cantidad de carga necesaria para provocar la contracción muscular con electrómetros. "Nunca se puede hacer nada valioso si no se reducen los fenómenos a grados y medidas, especialmente en física", escribió. Volta analiza cuidadosamente los experimentos y llega a la conclusión de que electricidad En experimentos, Galvani no provoca directamente la contracción muscular, sino sólo la excitación del nervio, que luego actúa sobre el músculo de forma desconocida. Y además, basándose en numerosos experimentos, Volta llega a la conclusión de que las placas hechas de dos metales diferentes no son simples conductores, sino "verdaderos excitadores y motores de fluido eléctrico".

Los primeros experimentos de Volta son muy sencillos. Tomó dos monedas de diferentes metales y colocó una de ellas en su lengua y la otra debajo de ella; al conectarlos con cables, se sentía un sabor amargo, lo mismo que cuando "sabían en la lengua" los cables de las fuentes de electricidad conocidas en ese momento. Si Galvani creía que los tejidos de la rana, que diseccionó tocándolos con metales diferentes, eran una fuente de electricidad, Volta estaba convencido de que estos tejidos eran un indicador de la electricidad que surge del contacto de metales diferentes. Así se descubrió la diferencia de potencial de contacto.

Volta demostró que era la corriente generada cuando dos metales diferentes entraban en contacto lo que hacía que los músculos de las ancas de la rana se contrajeran. Con esto refutó la suposición de Galvani de que la electricidad se genera en los músculos. Para demostrar su punto, llenó dos cuencos con salmuera y los conectó con arcos de metal. Un extremo de estos arcos era de cobre y el otro de zinc. Se instalaron de modo que cada recipiente contuviera un electrodo de cada tipo. Este diseño se convirtió en la primera batería en generar electricidad mediante la interacción química de dos metales en solución. En 1800 la mejoró creando su famosa "columna voltaica", la primera fuente corriente continua. Constaba de 20 pares de círculos hechos de dos metales diferentes, forrados con trozos de cuero o tela empapados en una solución salina.

Ahora podemos responder a la pregunta: ¿por qué Galvani no recibió honores en primer lugar, o al menos junto a Volta? La razón no es que Galvani ya hubiera muerto en ese momento. Galvani abordó el hecho no como físico, sino como fisiólogo, estaba interesado en la capacidad de una droga muerta para manifestarse como un material vivo (muy parecido a la historia de Mayer y Joule, ver más abajo), y estudió este fenómeno. con el mayor cuidado, cambiando diversos parámetros. Galvani explicó este fenómeno por la existencia de una “electricidad animal”, gracias a la cual los músculos se cargan como una jarra de Leyden. Galvani no estaba destinado a comprender por qué se contraen las patas de las ranas muertas. Sólo el gran Alessandro Volta se dio cuenta de que la conexión de diferentes conductores metálicos (Galvani tenía un cable de cobre atado a un balcón de hierro) provoca la aparición de cargas eléctricas en sus extremos. Si se cierran los extremos a través del cuerpo de una rana, se forma una corriente eléctrica, que no es de corta duración, como en los "terribles experimentos" de Otto von Guericke, sino de larga duración. El hecho de que dos metales diferentes pudieran ser una fuente de electricidad fue una revolución impactante en los conceptos físicos para Volta y otros físicos.

La disputa entre Galvani y Volta, así como entre sus seguidores, es una disputa sobre la electricidad “animal” y “metálica”. El mundo entero quedó entonces dividido en dos bandos. Algunos apoyaron a Galvani, mientras que otros apoyaron a Volta. Y hoy es difícil decir cómo habría terminado esta disputa, ya que ambos científicos tenían razón a su manera. Hoy sabemos que la electricidad se produce en realidad en los músculos de los animales. Al mismo tiempo, la electricidad se puede generar sin la participación de animales, solo a partir de metales diferentes que se cargan como resultado del contacto. Sí, Galvani estaba equivocado en sus puntos de vista sobre la electricidad "animal", pero Volta corrigió sus errores. Y, sin embargo, Galvani es el fundador de la doctrina de la electricidad; sus experimentos sentaron las bases de una nueva dirección científica: la electrofisiología. Los experimentos de Galvani representan el comienzo de un largo viaje de investigación sobre las corrientes eléctricas en el cuerpo humano. Si, por ejemplo, un músculo se contrae, la tensión eléctrica aumenta y disminuye gradualmente en él, aunque es muy débil y esquiva. Sin embargo, médicos e ingenieros lograron crear un dispositivo que, gracias a la diferencia de este voltaje eléctrico, determina si el corazón está sano o si tiene algún defecto. Este dispositivo se llama "electrocardiógrafo".

En la historia de la ciencia, los nombres de Galvani y Volta están uno al lado del otro. Pero no son camaradas, sino oponentes en la famosa disputa sobre la electricidad animal. Galvani, a pesar de una serie de descubrimientos físicos destacados, no fue reconocido como físico y difícilmente aspiraba a ello. Volta es considerado un físico, repitiendo los experimentos de Galvani y dándoles una interpretación diferente. El triunfo del “pilar Voltic” aseguró la victoria incondicional de Volta sobre Galvani. Al excluir la vida, este fenómeno natural más complejo, de la ciencia de la electricidad, dando a las acciones fisiológicas sólo el papel pasivo de un reactivo, Volta aseguró el desarrollo rápido y fructífero de esta ciencia. Pero esto es lo curioso: cuando se trata de áreas no físicas, los términos asociados con el nombre Galvani son bastante aceptables: galvanoterapia, baño galvánico, galvanotaxis. Si se trata de física, entonces para cada término galvánico hay un término antigalvánico: no un galvanómetro, sino un amperímetro; No corriente galvánica y corriente de conducción; no una celda galvánica, sino una fuente de corriente química.

Parecería que el siglo XVII contribuyó muy poco al desarrollo del conocimiento de los fenómenos eléctricos y magnéticos, pero fue entonces cuando se sentaron las bases y se dio un poderoso impulso al estudio de estos fenómenos en los siglos siguientes.

Durante los experimentos con una máquina eléctrica realizados por científicos del siglo XVIII, observaron la transferencia de electricidad desde el círculo de vidrio frotado al conductor. Muchas veces intentaron descargar un “frasco de Leyden” a través de una larga cadena de personas tomadas de la mano, pero nadie expresó una idea clara sobre la posibilidad de un largo flujo de electricidad a través de los conductores.

El descubrimiento de la corriente eléctrica fue precedido por los experimentos del anatomista italiano Luigi Galvani.

Mientras trabajaba en un laboratorio donde se realizaban experimentos con electricidad, Galvani observó un fenómeno que muchos antes que él conocían. Consistía en el hecho de que si el conductor de una máquina eléctrica se descargaba a través del nervio de la anca de una rana, conectado por un cable al suelo, se observaban contracciones convulsivas de sus músculos. Pero un día Galvani notó que la pata comenzaba a moverse cuando sólo un bisturí de acero entró en contacto con su nervio. Lo más sorprendente fue que no hubo contacto entre la máquina eléctrica y el bisturí. Este sorprendente descubrimiento obligó a Galvani a realizar una serie de experimentos para descubrir la causa del fenómeno observado. Un día de otoño de 1780, Galvani realizó un experimento para descubrir si los mismos movimientos en la pata eran causados ​​por la electricidad de un rayo. Para ello, Galvani colgó varias ancas de rana en ganchos de latón en una ventana cubierta con rejas de hierro. Y descubrió, contrariamente a sus expectativas, que las contracciones de las patas ocurren en cualquier momento, independientemente de las condiciones climáticas. La presencia cercana de una máquina eléctrica u otra fuente de electricidad resultó innecesaria. Galvani estableció además que en lugar de hierro y latón se podían utilizar dos metales diferentes, y la combinación de cobre y zinc provocó el fenómeno en la forma más distinta. El vidrio, el caucho, la resina, la piedra y la madera seca no surtieron ningún efecto. Desafortunadamente, Galvani llegó a la conclusión de que los tejidos del cuerpo de la rana contenían "electricidad animal". Por tanto, cuando los conductores (cobre, hierro) conectan el nervio con los músculos, se produce una descarga. Como resultado, para sus contemporáneos el concepto de “electricidad animal” empezó a parecer mucho más real que la electricidad de cualquier otro origen. La detección de corriente eléctrica era todavía un misterio. ¿Dónde aparece la corriente: sólo en los tejidos del cuerpo de la rana, sólo en metales diferentes o en una combinación de metales y tejidos?

Luigi Galvani (1737-1798): médico, anatomista y fisiólogo italiano, uno de los fundadores de la electrofisiología. Recibió su educación en la Universidad de Bolonia, donde enseñó medicina.

Alessandro Volta (1745–1827): físico y fisiólogo italiano, uno de los fundadores de la doctrina de la electricidad. Estableció la conexión entre la cantidad de electricidad, la capacidad y el voltaje, e inventó la primera fuente química de corriente utilizando un par de cobre y zinc (“columna voltaica” o “batería Volta”). En abril de 1800, en París, Volta fue recibido por el primer cónsul de Francia, Napoleón. Napoleón estaba interesado en las ciencias y creía, con razón, que la fuerza del Estado en el nuevo siglo es impensable sin la prosperidad de la Ilustración. Habiendo demostrado sus experimentos al admirador Napoleón, Volta se convirtió en caballero de la Legión de Honor y recibió el rango de senador y conde.

Volta vivió una larga y vida feliz. Desafortunadamente, casi todas sus pertenencias personales, instrumentos y 11 carpetas enormes con sus obras se quemaron en el fuego. Pero Volta es eterno en voltios, una unidad de voltaje eléctrico.

Afortunadamente, la historia decretó que los resultados de los experimentos de Galvani, presentados por él en su famoso "Tratado sobre las fuerzas eléctricas en el movimiento muscular", publicado en 1791, llamaron la atención del científico italiano Alessandro Volta.

Sorprendido, Volta relee el tratado y encuentra en él algo que escapó a la atención del propio autor: la mención de que el efecto de las patas temblorosas se observaba solo cuando las patas tocaban dos metales diferentes. Volta decide realizar un experimento modificado, pero no con una rana, sino con él mismo. “Lo confieso”, escribió, “comencé los primeros experimentos con incredulidad y con muy pocas esperanzas de éxito: me parecían tan increíbles, tan alejados de todo lo que hasta entonces habíamos conocido sobre la electricidad... Ahora recurrí a los experimentos. , yo mismo fui testigo presencial, él mismo realizó un efecto milagroso y pasó de la incredulidad, tal vez, al fanatismo”.

Ahora se podía ver a Volta realizando una extraña actividad: tomó dos monedas -siempre hechas de diferentes metales- y... se las metió en la boca -una en la lengua y la otra debajo de la lengua-. Si después de esto Volta conectaba monedas o círculos con un cable, sentía un sabor amargo, el mismo sabor, pero mucho más débil, que podemos sentir lamiendo dos contactos de una batería al mismo tiempo. Por experimentos realizados anteriormente con electróforos, Volta sabía que este sabor era causado por la electricidad. Volta sugirió que la causa del fenómeno observado por Galvani era la presencia de dos metales diferentes. Guiado por este pensamiento, llevó a cabo muchos experimentos y finalmente hizo un descubrimiento importante, del que informó a la Royal Society de Londres en 1800. Volta escribió que había encontrado una nueva fuente de electricidad que actuaba como una batería de frascos de Leyden débilmente cargados. Sin embargo, a diferencia de una batería galvánica, su dispositivo se carga y descarga continuamente. Al mismo tiempo, también dio una descripción de su dispositivo.

El 15 de junio de 1802, en Francia, entonces uno de los países científicamente más avanzados, se estableció un premio estatal en forma de medalla de oro y una importante suma de dinero “a quien, con sus descubrimientos, como Volta y Franklin, harán avanzar la ciencia de la electricidad y el magnetismo”. El Primer Cónsul que dio esta orden, el futuro Emperador Napoleón I, finaliza sus instrucciones con palabras proféticas: “Mi objetivo es alentar, atraer la atención de los físicos hacia este departamento de física, que, en mi opinión, representa el camino hacia grandes descubrimientos”. El primero en recibir este premio fue Humphry Davy en 1806. Por cierto, el premio francés fue otorgado al inglés precisamente en el momento en que estos países estaban en guerra. Sin embargo, no hubo indignación pública. Por parte de Napoleón I, este fue verdaderamente un acto digno de imitar.

Volta arregló su dispositivo así. Apiló varias docenas de pares de círculos de zinc y cobre uno encima del otro, separados por papel empapado en agua salada. Cuando el experimentador tocó el círculo de cobre inferior con una mano y el círculo de zinc superior con la otra, experimentó una fuerte descarga eléctrica. En este caso, el dispositivo no se descargó, y por muchas veces que tocó los círculos, el golpe se repitió, es decir. la carga de electricidad surgía continuamente. Así, Volta recibió la primera fuente de electricidad bastante poderosa: la famosa "columna voltaica", que constituyó toda una era en la historia de la física (Fig. 6.1).

Así, se descubrió un nuevo fenómeno: el movimiento continuo de la electricidad en un conductor, o corriente eléctrica. La creación de la primera fuente de corriente eléctrica jugó un papel muy importante en el desarrollo de la ciencia de la electricidad y el magnetismo. El científico francés Arago, contemporáneo de Volta, consideraba que la columna voltaica era "el dispositivo más notable jamás inventado por el hombre, sin excluir el telescopio y la máquina de vapor".

Inmediatamente después, Volta hizo otro gran invento: inventó una batería galvánica, pomposamente llamada "corona de vasos" y que consta de muchos

Las placas de zinc y cobre conectadas en serie, sumergidas en pares en recipientes con ácido diluido, ya son una fuente bastante sólida de energía eléctrica (Fig. 6.2). Se puede considerar que a partir de ese día, las fuentes de corriente eléctrica continua

columna de voltios y batería galvánica: se hizo conocida por muchos físicos y encontró una amplia aplicación en investigaciones posteriores.

El dispositivo de Volta impulsó a los científicos a trabajar en la invención de fuentes de corriente similares. En particular, la celda galvánica fue creada por el químico inglés John Daniel (1790-1845). En el elemento Daniel, una placa de cobre curvada cilíndricamente se sumerge en una solución de sulfato de cobre. La placa de zinc se coloca en un recipiente de arcilla porosa lleno de ácido sulfúrico diluido. Una corriente eléctrica fluye a través del conductor que conecta la placa de cobre con la placa de zinc. En 1839, el físico alemán Robert Bunsen (1811-1899) reemplazó la placa de cobre por un cilindro de carbón sumergido en ácido nítrico. Finalmente, el químico parisino Leclanche creó un elemento muy económico y conveniente que ha encontrado una amplia aplicación. Su elemento también contiene una placa de zinc curvada cilíndricamente y un cilindro de carbono, pero ambos están sumergidos en una solución de amoníaco.

Y ahora hablaremos de una investigación realizada casi doscientos años después de la publicación del trabajo de Gilbert. Están asociados con los nombres del profesor italiano de anatomía y medicina Luigi Galvani y del profesor italiano de física Alessandro Volta.

En el laboratorio de anatomía de la Universidad de Boulogne, Luigi Galvani realizó un experimento cuya descripción conmocionó a científicos de todo el mundo. Las ranas fueron diseccionadas sobre una mesa de laboratorio. El objetivo del experimento fue demostrar y observar los nervios desnudos de sus extremidades. Sobre esta mesa había una máquina electrostática, con la ayuda de la cual se creaba y estudiaba una chispa. Citemos las declaraciones del propio Luigi Galvani de su obra “Sobre las fuerzas eléctricas durante los movimientos musculares”: “... Uno de mis asistentes accidentalmente tocó muy ligeramente los nervios femorales internos de la rana con una punta. " Y además: "... Esto es posible cuando se extrae una chispa del condensador de la máquina".

Este fenómeno puede ser explicado de la siguiente manera. Los átomos y moléculas de aire en la zona donde se produce la chispa se ven afectados por un campo eléctrico cambiante, como resultado adquieren carga eléctrica y dejan de ser neutros. Los iones resultantes y las moléculas cargadas eléctricamente se propagan a una distancia determinada, relativamente corta, de la máquina electrostática, ya que al moverse, al chocar con las moléculas de aire, pierden su carga. Al mismo tiempo, pueden acumularse en objetos metálicos que estén bien aislados de la superficie de la tierra y descargarse si son conductores. circuito eléctrico al suelo. El suelo del laboratorio era seco, de madera. Aisló bien del suelo la habitación donde trabajaba Galvani. El objeto sobre el que se acumularon las cargas era un bisturí de metal. Incluso un ligero toque del bisturí en el nervio de la rana provocaba una “descarga” de electricidad estática acumulada en el bisturí, provocando que la pata se retirara sin ninguna destrucción mecánica. El propio fenómeno de la descarga secundaria, provocado por la inducción electrostática, ya era conocido en aquella época.

El brillante talento del experimentador y la realización de una gran cantidad de estudios diversos permitieron a Galvani descubrir otro fenómeno importante para el desarrollo futuro de la ingeniería eléctrica. Se están realizando experimentos para estudiar la electricidad atmosférica. Citemos al propio Galvani: "... Cansado... de esperar inútilmente... comenzó... a presionar los ganchos de cobre clavados en la médula espinal contra la reja de hierro: las ancas de la rana se encogieron". Los resultados del experimento, realizado no al aire libre, sino en interiores y en ausencia de máquinas electrostáticas en funcionamiento, confirmaron que cuando se toca el cuerpo de la rana se produce una contracción del músculo de la rana, similar a la contracción causada por la chispa de una máquina electrostática. simultáneamente por dos objetos metálicos diferentes: un alambre y una placa de cobre, plata o hierro. Nadie había observado tal fenómeno antes que Galvani. Basándose en los resultados de las observaciones, llega a una conclusión audaz e inequívoca. Hay otra fuente de electricidad, es la electricidad “animal” (el término equivale al término “actividad eléctrica del tejido vivo”). El músculo vivo, argumentó Galvani, es un condensador como una jarra de Leyden, en cuyo interior se acumula electricidad positiva. El nervio de la rana sirve como "conductor" interno. La conexión de dos conductores metálicos a un músculo provoca que se produzca una corriente eléctrica que, como una chispa de una máquina electrostática, hace que el músculo se contraiga.

Galvani experimentó para obtener un resultado inequívoco sólo con los músculos de la rana. Quizás esto fue lo que le permitió proponer utilizar una “preparación fisiológica” de ancas de rana como medidor de la cantidad de electricidad. Una medida de la cantidad de electricidad, para cuya evaluación sirvió un indicador fisiológico similar, fue la actividad de levantar y bajar la pata cuando entra en contacto con una placa de metal, que es tocada simultáneamente por un gancho que pasa por la columna. cordón de la rana y la frecuencia de elevación de la pata por unidad de tiempo. Durante algún tiempo, este indicador fisiológico fue utilizado incluso por físicos destacados y, en particular, por Georg Ohm.

El experimento electrofisiológico de Galvani permitió a Alessandro Volta crear la primera fuente electroquímica de energía eléctrica, lo que, a su vez, abrió una nueva era en el desarrollo de la ingeniería eléctrica.

Alessandro Volta fue uno de los primeros en apreciar el descubrimiento de Galvani. Repite los experimentos de Galvani con mucho cuidado y recibe muchos datos que confirman sus resultados. Pero ya en sus primeros artículos "Sobre la electricidad animal" y en una carta al Dr. Boronio del 3 de abril de 1792, Volta, a diferencia de Galvani, que interpreta los fenómenos observados desde el punto de vista de la electricidad "animal", destaca los fenómenos químicos y físicos. Volta establece la importancia de utilizar para estos experimentos metales disímiles (zinc, cobre, plomo, plata, hierro), entre los cuales se coloca un paño empapado en ácido.

Esto es lo que escribe Volta: “En los experimentos de Galvani, la fuente de electricidad es una rana. Sin embargo, ¿qué es una rana o cualquier animal en general? En primer lugar, son nervios y músculos, y contienen varios compuestos químicos. Los nervios y músculos de una rana disecada se combinan con dos metales diferentes, luego, cuando se cierra dicho circuito, se manifiesta un efecto eléctrico. En mi último experimento, también participaron dos metales diferentes: estaniol (plomo) y plata, y el. El papel del líquido lo desempeñaba la saliva de la lengua. Al cerrar el circuito con una placa de conexión, creé las condiciones para el movimiento continuo del líquido eléctrico de un lugar a otro. en agua o en un líquido similar a la saliva? ¿Qué tiene que ver la electricidad “animal” con esto?

Los experimentos realizados por Volta nos permiten llegar a la conclusión de que la fuente de acción eléctrica es una cadena de metales diferentes cuando entran en contacto con un paño húmedo o empapado en una solución ácida.

En una de las cartas a su amigo, el doctor Vasaghi (nuevamente un ejemplo del interés del médico por la electricidad), Volta escribió: “Hace mucho que estoy convencido de que toda la acción proviene de los metales, de cuyo contacto entra el fluido eléctrico. un cuerpo húmedo o acuoso, creo que tiene derecho a atribuir todos los fenómenos eléctricos nuevos a los metales y sustituir el nombre "electricidad animal" por la expresión "electricidad metálica".

Según Volta, las ancas de rana son un electroscopio sensible. Entre Galvani y Volta, así como entre sus seguidores, surgió una disputa histórica: una disputa sobre la electricidad "animal" o "metálica".

Galvani no se rindió. Excluyó por completo el metal del experimento e incluso diseccionó ranas con cuchillos de vidrio. Resultó que incluso con un experimento de este tipo, el contacto del nervio femoral de la rana con su músculo provocó una contracción claramente perceptible, aunque mucho menor, que con la participación de metales. Este fue el primer registro de fenómenos bioeléctricos en el que se basa el electrodiagnóstico moderno del sistema cardiovascular y de otros sistemas humanos.

Volta está intentando desentrañar la naturaleza de los fenómenos inusuales descubiertos. Él mismo formula claramente el siguiente problema: "¿Cuál es la causa de la aparición de la electricidad?" Me pregunté de la misma manera que lo haría cada uno de ustedes. Las reflexiones me llevaron a una solución: del contacto de dos metales diferentes. Por ejemplo, en la plata y el zinc, se altera el equilibrio eléctrico en ambos metales. En el punto de contacto de los metales, la electricidad positiva se dirige de la plata al zinc y se acumula en este último, mientras que la electricidad negativa se concentra en la plata. significa que la materia eléctrica se mueve en una determinada dirección. Se colocaron placas de plata y zinc una encima de otra sin espaciadores intermedios, es decir, las placas de zinc estaban en contacto con las de plata, entonces su efecto general se redujo a cero para mejorar el efecto. efecto eléctrico o resumirlo, cada placa de zinc debe ponerse en contacto con una sola de plata y agregar secuencialmente el mayor número de pares. Esto se logra precisamente colocando un trozo de tela húmedo sobre cada placa de zinc, separándola así de la placa de plata del siguiente par." Mucho de lo que dijo Volta no pierde su significado incluso ahora, a la luz de las ideas científicas modernas.

Desafortunadamente, esta disputa fue trágicamente interrumpida. El ejército de Napoleón ocupó Italia. Por negarse a jurar lealtad al nuevo gobierno, Galvani perdió su cargo, fue despedido y pronto murió. El segundo participante en la disputa, Volta, vivió para ver el pleno reconocimiento de los descubrimientos de ambos científicos. En una disputa histórica, ambos tenían razón. El biólogo Galvani pasó a la historia de la ciencia como el fundador de la bioelectricidad, el físico Volta, como el fundador de las fuentes de corriente electroquímica.

Luigi Galvani (1737-1798) científico italiano, se graduó en la Facultad de Medicina de la Universidad de Bolonia y se convirtió en su maestro, y más tarde en catedrático, y desde 1780 estudió los nervios y músculos de los animales.
Incluso antes de los experimentos de Galvani, se sabía que los músculos de las ranas se contraen (se contraen) cuando una carga eléctrica pasa a través de ellos. A mediados del siglo XVIII, muchos estaban interesados ​​en experimentar con la electricidad y Galvani no fue la excepción. Sobre su escritorio había una máquina eléctrica, girando su mango era posible cargar varios objetos y producir grandes chispas eléctricas. Mientras realizaba sus experimentos, Galvani notó que los músculos de la rana se contraían cuando destellaban chispas de una máquina eléctrica. Le sorprendió que los músculos se contrajeran cuando no tocaban la máquina. ¿Entonces la electricidad puede viajar por el aire? Y en 1786, Galvani inició una serie de experimentos y decidió estudiar el efecto de la electricidad atmosférica, que se forma durante una tormenta, en los músculos de la rana.

Colgó las ancas de rana de las rejas de hierro del balcón de su casa utilizando ganchos de cobre. Pero los músculos no se contrajeron ni con tiempo despejado ni durante una tormenta. Y se encogieron cuando, con una ráfaga de viento, sus patas tocaron los barrotes de hierro del balcón. Esto volvió a sorprender a Galvani y, como científico persistente, regresó al laboratorio. Colocó las ancas de la rana sobre una placa de hierro y, presionando ganchos de cobre contra la placa y las patas, observó la contracción de los músculos. Galvani realizó experimentos con varios metales. Las contracciones fueron más fuertes en algunos casos y más débiles en otros.
Galvani publicó los resultados de sus experimentos en 1791 en su Tratado sobre las fuerzas de la electricidad en el movimiento muscular. En él escribió: “Si sostienes una rana colgante con los dedos por una pierna de modo que el gancho de cobre que pasa a través de la médula espinal toque la placa de plata y la otra pata pueda tocar libremente la misma placa, tan pronto como la pierna toca dicha placa, los músculos comienzan a contraerse " Galvani concluyó que las cargas eléctricas se generaban como resultado de algunos procesos vitales en la anca de la rana, ya que en ese momento los físicos (incluido Galvani) creían que los metales solo podían ser conductores y no podían crear corriente eléctrica.

EN esta conclusión El profesor italiano de la Universidad de Pavía, Alessandro Volta (1745-1827), lo dudaba. Realizó una serie de experimentos, probando diferentes combinaciones de metales, y llegó a la conclusión de que el contacto de dos metales diferentes con el líquido en los músculos de la rana era la fuente de electricidad. La anca de rana reacciona ante ello. Volta argumentó que la causa de la contracción muscular no es la "electricidad animal", sino la presencia de dos metales diferentes (por ejemplo, cobre y hierro o zinc y plata, etc.) y la anca de rana mojada sirve como conductor y sensible. electrómetro.

Para demostrar que tenía razón, Volta utilizó dos metales diferentes y los colocó en su lengua. El papel del líquido conductor de electricidad lo desempeñaba la saliva de la lengua, pero no hubo contracción de los músculos de la lengua; Volta solo sintió un "hormigueo eléctrico" en la superficie de la lengua, donde tocaba los metales. ¡Es importante que no haya hormigueo si los dos metales fueran iguales! Así, Volta demostró que no es un músculo, sino dos metales diferentes los que excitan la electricidad.
Los argumentos de Volta destruyeron las esperanzas de Galvani de crear una nueva dirección "eléctrica" ​​en la medicina. Por eso, dirige todos sus esfuerzos a demostrar que tiene razón. Realiza una serie de experimentos en los que no utiliza metales, sino únicamente varillas de vidrio, y descubre que entre las secciones normales y dañadas del nervio de cualquier animal fluye una corriente eléctrica. Así descubrió Galvani la electricidad “animal”.
Entonces, la disputa a largo plazo terminó: ambos participantes tenían razón. El biólogo Galvani se convirtió en un pionero en el estudio de la electricidad biológica y el físico Volta fue el creador de una fuente de corriente química, que sus contemporáneos llamaron "columna voltaica" (ver figura). Este sencillo dispositivo jugó un papel muy importante en la física y la tecnología, pero este es el tema de otro fascinante artículo de la historia de la física.

La aparición del “Tratado...” despertó gran interés en diversos países. Su segunda edición se publicará el próximo año. Galvani se hace famoso por poco tiempo. Muchos científicos destacados comenzaron a repetir sus experimentos y verificar los resultados. Entre ellos se encontraba el físico italiano Alessandro Volta, en su juventud estudiante por correspondencia del abad Nolle.

En esa época (1792) Volta ya era un físico famoso, profesor de la Universidad de Pavía y miembro de la Royal Society de Londres. Para entonces, había inventado un nuevo electroscopio sensible, un condensador eléctrico y varios otros instrumentos. Sus intereses científicos a lo largo de su vida estuvieron relacionados principalmente con la electricidad, y el trabajo de Galvani le causó una gran impresión.

En los primeros 10 días después de recibir el "Tratado...", realizó muchos experimentos nuevos, confirmó plenamente los resultados de Galvani y se propuso introducir una medida en este nuevo campo de la ciencia, es decir, realizar un estudio cuantitativo de "electricidad animal", mide su valor con electrómetros y la cantidad de carga necesaria para provocar la contracción muscular ("Después de todo, nunca se puede hacer nada valioso si no se reducen los fenómenos a grados y medidas, especialmente en física", escribió Volta). ).

En los primeros experimentos, descubrimos que la preparación de la rana es extremadamente sensible a las descargas eléctricas y que se produce una contracción con cargas de jarra de Leyden tan débiles que no son detectadas por los mejores electrómetros.

En todos sus experimentos, Galvani aplicó un extremo de un conductor metálico al nervio y el otro al músculo. Esto se debió a su idea de que un músculo es una jarra de Leyden que se descarga a través de un nervio.

Volta diversificó las condiciones experimentales, hizo diferentes preparativos y aplicó el conductor de diferentes maneras. Le interesa el lado cuantitativo del asunto, por lo que busca condiciones bajo las cuales una carga mínima provoca la contracción muscular. Al mismo tiempo, descubre que la mejor contracción se produce cuando dos secciones diferentes de un nervio bien preparado se cierran mediante un conductor externo. De esto concluye que no es el músculo el que se descarga a través del alambre y el nervio, sino que, por el contrario, el nervio, que es más sensible a la irritación, se excita y transmite algo al músculo.

Así pues, la fe de Volta en las opiniones teóricas de Galvani ya se ha visto muy afectada. Si Galvani pudo equivocarse al considerar el músculo como fuente de “electricidad animal”, entonces podría haber cometido otros errores. Y así Volta duda de la base misma del trabajo de Galvani: la existencia de una "electricidad animal".

Plantea la pregunta: ¿por qué se produce una descarga entre dos puntos cercanos del mismo nervio, que son similares en todo, cuando están en cortocircuito con un conductor? Esto contradice el principio de causalidad. ¿Por qué el conductor de cierre, para que el experimento tenga éxito, debería estar compuesto de dos metales diferentes? Al fin y al cabo, el papel de este conductor, según la opinión de Galvani, es sólo cerrar el circuito. Pero un tipo de metal es suficiente para completar el circuito.

Volta comienza a estudiar este tema en detalle. Prueba combinaciones de diferentes pares de metales. Si estos metales desempeñan el papel de conductores simples, entonces su naturaleza no debería importar. Pero si por alguna razón estos metales son una fuente de electricidad (¡aquí está la nueva idea revolucionaria de Volta, que logró superar la autoridad de Gilbert!), entonces la fuerza de la fuente puede depender de la combinación de metales. Y Volta encuentra esa dependencia.

El efecto de dos sustancias diferentes sobre una preparación de rana es mayor cuanto más alejadas estén entre sí en la siguiente serie: zinc, estaño, plomo, hierro, latón, bronce, cobre, platino, oro, plata, mercurio, grafito, carbón. .

De esta enumeración, dada en la obra de 1794, queda claro cuán activamente experimentó Volta. Está cada vez más seguro de que la fuente de electricidad en los experimentos de Galvani no fue el músculo de la rana, sino los dos metales con los que Galvani lo tocó.

¡Pero Galvani observó contracciones musculares incluso cuando usaba un solo metal! Volta estudia detalladamente este caso y demuestra que dos piezas de cobre pueden contener diferentes impurezas, que basta con contaminar un extremo del alambre para que actúe como dos metales diferentes, una pequeña diferencia de temperatura en bordes opuestos de una misma pieza de metal es suficiente para que desempeñe el papel de estímulo, etc.

Finalmente, Volta llega a una conclusión final: el contacto de dos metales diferentes es una nueva fuente de electricidad, a la que reacciona el electroscopio "vivo". ¡Esto es precisamente lo que explica los experimentos de Galvani!

Esta conclusión de Volta está respaldada por varios experimentos diferentes. Por ejemplo, Volta toma cables de plata y estaño, conecta algunos de los extremos de estos cables entre sí y toca la lengua con los otros extremos: un metal en la punta y el otro un poco más lejos.

Descubre que si se aplica plata en la punta de la lengua, se siente un sabor alcalino, y si se aplica estaño, tiene un sabor amargo. Si la fuente de electricidad fuera el propio músculo de la lengua, entonces el sabor no debería cambiar por un cambio en el metal de cierre, sostiene Volta. Pero si el papel de fuente de electricidad lo desempeñan dos metales diferentes, entonces está claro que al cambiar sus lugares, cambiamos la posición del "más" y el "menos". En algunos casos el fluido eléctrico entra en los nervios de la punta de la lengua, y en otros sale de ellos. Esto es lo que provoca los diferentes gustos. ¿Quizás el trabajo de todos los sentidos esté relacionado con la electricidad? - pregunta Volta (y como ahora sabemos, este es exactamente el caso).

Recordaréis que en la época que describimos estaba de moda realizar experimentos espectaculares. A Galvani se le ocurrió un experimento de este tipo, un "péndulo nervioso eléctrico", cuando la anca de una rana, suspendida de un gancho de cobre, tocó una caja plateada. (¡Se trata de cobre y plata! - diría Volta.) Y a Volta también se le ocurrió un experimento espectacular.

Cuatro personas “...forman una cadena entre sí, y uno toca la punta de la lengua de su vecino con su dedo, el otro toca la superficie del globo ocular de su otro vecino de la misma manera, y los otros dos sostienen con sus dedos mojados uno por la pata y el otro por el lomo recién preparado.. .

Finalmente, el primero de la fila también sostiene una placa de zinc en su mano mojada, y el último sostiene una placa de plata, y luego ponen estas placas en contacto entre sí.

En el mismo momento, aparecerá una sensación de sabor amargo en la parte superior de la lengua, que es tocada por una persona que sostiene zinc en la mano; ¿en el ojo? que el dedo del vecino toca, habrá sensación de destello de luz; y al mismo tiempo las patas de la rana, que están en ambas manos, comenzarán a contraerse fuertemente”.

Todos los nervios que se encuentran en el camino del fluido eléctrico (los nervios de la lengua, los nervios del ojo, los nervios de la rana) son simplemente electrómetros muy sensibles, y los metales a partir de cuyo contacto se produce el efecto. , no son simples conductores, sino “motores” de electricidad.

“Así, en lugar de hablar de electricidad animal, sería más justificable hablar de electricidad metálica” (Volta, 1794). Después de todo, si las personas en esa cadena de cuatro personas no sostienen plata y zinc, sino que simplemente se tocan con las manos, entonces no sucederá nada. Según Galvani, la descarga de la “tarro de Leyden viviente”, que se encuentra en la rana, debería realizarse aún con más éxito, porque se le ha quitado un tramo del circuito de cierre sin añadir nada; pero no hay ningún efecto. Esto significa que la razón no está en la rana, sino en los metales, en el contacto de la plata y el zinc.

De los ejemplos dados ya se desprende claramente que Volta tenía razón. En el famoso tratado de Galvani no hay evidencia de la existencia de “electricidad animal”.

La observación hecha por Galvani el 26 de septiembre de 1786, el día del nacimiento de la electrobiología, se debió puramente a fenómeno físico, a partir del cual Volta inventó una fuente de corriente continua: una celda galvánica o columna voltaica.

Esta invención conducirá a un desarrollo intensivo de la doctrina de la electricidad y la ingeniería eléctrica y hará del siglo XIX no sólo el siglo del vapor, sino también de la electricidad.

A pesar de la ayuda de amigos y seguidores y del apoyo de naturalistas tan importantes como A. Humboldt, Galvani perdió su discusión con Volta. Los argumentos de Volt parecían bastante convincentes. En 1797 se produjo el colapso final: por razones políticas, Galvani fue expulsado de la universidad. Perdió la oportunidad de trabajar y murió un año después.

Sin embargo, esta vez Volta se equivocó. En los tres experimentos descritos anteriormente, Galvani en realidad estaba lidiando con la "electricidad animal", que finalmente logró descubrir.

Después de la invención de la fuente de corriente continua, Volta se vuelve famoso y reconocido por todos. En 1801, Napoleón lo invitó a París, donde en la Academia de Ciencias exhibió su famosa columna voltaica. Volta murió en 1827, a la edad de 82 años, cubierto de gloria.

Berkinblit M. B., Glagoleva E. G. "Electricidad en organismos vivos"