Лягушки galvanoscope был чувствительным электрического инструмент , используемый для обнаружения напряжения [1] в конце восемнадцатого и девятнадцатого веков. Он состоит из ободранной лягушачьей лапки с электрическими соединениями с нервом. Инструмент был изобретен Луиджи Гальвани и усовершенствован Карло Маттеуччи .
Гальваноскоп с лягушками и другие эксперименты с лягушками сыграли свою роль в споре между Гальвани и Алессандро Вольта о природе электричества. Инструмент чрезвычайно чувствителен и продолжал использоваться даже в девятнадцатом веке, даже после того, как вошли в употребление электромеханические счетчики.
Терминология
Синонимы для этого устройства включают galvanoscopic лягушки , galvanoscope ноги лягушки , лягушки гальванометр , rheoscopic лягушку и лягушку электроскоп . Устройство правильно называется гальваноскопом, а не гальванометром, поскольку последний предполагает точное измерение, тогда как гальваноскоп дает только показания. [2] В современном использовании гальванометр - это чувствительный лабораторный прибор для измерения силы тока, а не напряжения. Ежедневные измерители тока для использования в полевых условиях называются амперметрами . [3] Аналогичное различие можно провести между электроскопами , электрометрами и вольтметрами для измерения напряжения.
История
Лягушки были популярным объектом экспериментов в лабораториях ранних ученых. Они маленькие, удобные в обращении, есть готовый запас. Марчелло Мальпиги , например, использовал лягушек в своем исследовании легких в семнадцатом веке. Лягушки особенно подходили для изучения мышечной активности. Мышечные сокращения легко наблюдаются, особенно в ногах, и легко отсекаются нервы. Другой желанной особенностью для ученых было то, что эти сокращения продолжались после смерти в течение значительного времени. Кроме того, в семнадцатом веке, Леопольдо Caldani и Феличе Фонтана подвергли лягушки к поражению электрическим током , чтобы проверить Галлер «s теории раздражительности . [4]
Луиджи Гальвани , преподаватель Болонского университета , изучал нервную систему лягушек примерно с 1780 года. Это исследование включало мышечную реакцию на опиаты и статическое электричество , для которых спинной мозг и задние лапы лягушки были разрезаны вместе. и кожа удалена. В 1781 году [5] было сделано наблюдение, когда таким образом рассекали лягушку. Электрическая машина выпускается только в момент одного из помощников Гальвани прикоснулся к седалищного нерва из рассеченной лягушки в скальпелем. Ноги лягушки подергивались, когда произошел разряд. [6] Гальвани обнаружил, что он может заставить подготовленную ногу лягушки (см. Раздел « Строительство ») подергиваться, соединив металлическую цепь от нерва к мышце, таким образом изобрел первый гальваноскоп лягушки. [7] Гальвани опубликовал эти результаты в 1791 году в журнале De viribus electricitatis . [8]
В альтернативной версии истории реакции лягушки на расстоянии лягушки готовят суп на том же столе, что и работающая электрическая машина. Жена Гальвани замечает подергивание лягушки, когда помощник случайно касается нерва, и сообщает об этом явлении ее мужу. [9] Эта история восходит к Жан-Луи Алиберту и, по мнению Пикколино и Брезадола, вероятно, была им придумана. [10]
Гальвани и его племянник Джованни Альдини использовали лягушачий гальваноскоп в своих электрических экспериментах. Карло Маттеуччи улучшил инструмент и привлек к нему более широкое внимание. [11] Гальвани использовал лягушачий гальваноскоп для исследования и продвижения теории электричества животных , то есть того, что в живых существах была жизненная сила, которая проявила себя как новый вид электричества. Алессандро Вольта выступил против этой теории, полагая, что электричество, свидетелями которого были Гальвани и другие сторонники, было связано с электризацией металлических контактов в цепи. Мотивация Вольта к изобретению гальванической батареи (предшественника обычной угольно-цинковой батареи ) в значительной степени заключалась в том, чтобы позволить ему построить цепь полностью из небиологического материала, чтобы показать, что жизненная сила не была необходима для создания электрических эффектов, наблюдаемых у животных. эксперименты. Маттеуччи, в ответ Вольте, и чтобы показать, что металлические контакты не нужны, построил схему полностью из биологического материала, включая батарею в виде лягушки . Ни теория животного электричества Гальвани, ни теория контактной электрификации Вольта не являются частью современной науки об электричестве. [12] Однако Алан Ходжкин в 1930-х годах показал, что в нервах действительно протекает ионный ток. [13]
Маттеуччи использовал гальваноскоп лягушки, чтобы изучить связь электричества с мышцами, в том числе в недавно ампутированных человеческих конечностях. Маттеуччи пришел к выводу из своих измерений, что электрический ток постоянно течет изнутри во все мускулы. [14] Идея Маттеуччи была широко принята его современниками, но в нее больше не верят, и его результаты теперь объясняются с точки зрения вероятности травм . [15]
Строительство
Задняя лапа лягушки целиком отделяется от тела лягушки с прикрепленным седалищным нервом и, возможно, также с частью спинного мозга . Нога обшита и выполнены два электрических соединения. Их можно прикрепить к нерву и ноге лягушки, обмотав их металлической проволокой или фольгой [16], но более удобным инструментом является устройство Маттеуччи, показанное на изображении. Нога помещается в стеклянную трубку, в которой выступает только нерв. Связь осуществляется с двумя разными точками нерва. [17]
По словам Маттеуччи, инструмент будет наиболее точным, если избежать прямого электрического контакта с мышцами. То есть подключения производятся только к нерву. Маттеуччи также советует хорошо обнажить нерв и чтобы контакты с ним можно было производить с помощью влажной бумаги, чтобы не использовать острые металлические зонды непосредственно на нерве. [18]
Операция
Когда нога лягушки подключена к цепи с электрическим потенциалом , мышцы сокращаются, и нога кратковременно подергивается. Он снова дергается при разрыве цепи. [16] Этот прибор способен обнаруживать чрезвычайно малые напряжения и может намного превзойти другие инструменты, доступные в первой половине девятнадцатого века, включая электромагнитный гальванометр и электроскоп с золотым листом . По этой причине он оставался популярным еще долго после того, как стали доступны другие инструменты. Гальванометр стал возможным в 1820 году, когда Ганс Кристиан Эрстед открыл, что электрические токи отклоняют стрелку компаса, а электроскоп с золотым листом появился еще раньше ( Abraham Bennet , 1786). [19] Тем не менее, Голдинг Берд еще мог написать в 1848 году, что «раздраженные мускулы лягушачьих лапок были не менее чем в 56 000 раз более деликатным испытанием электричеством, чем самый чувствительный конденсационный электрометр». [20] Слово « конденсатор», использованное Бердом, означает катушку, названную так Иоганном Поггендорфом по аналогии с термином Вольта для конденсатора . [2]
Гальваноскоп с лягушкой можно использовать для определения направления электрического тока . Для этого нужна несколько десенсибилизированная лапа лягушки. Чувствительность инструмента максимальна для свежеприготовленной ноги, но со временем она падает, поэтому для этого лучше всего подходит более старая нога. Нога реагирует на токи в одном направлении сильнее, чем в другом, и с соответствующим образом десенсибилизированной ногой она может реагировать только на токи в одном направлении. При токе, идущем в ногу от нерва, нога будет подергиваться при замыкании цепи. Если ток выходит из ноги, он будет дергаться при размыкании цепи. [21]
Главный недостаток гальваноскопа лягушки - частая замена лягушачьей лапы. [22] Нога будет продолжать реагировать до 44 часов, но после этого необходимо подготовить новую. [13]
Рекомендации
- ^ Кейтли, стр. 51
- ^ а б Хакманн, стр. 257
- ^ Хакманн, стр. 259
- ^ Piccolino & Bresadola, стр. 74-75
- ^ Piccolino & Bresadola, стр. 88-89
- ^ Кейтли, стр. 49
- ^ Пикколино и Бресадола, стр. 71
- ^ Кейтли, стр. 71
- ^ Уилкинсон, стр. 6
- ^ Пикколино и Бресадола, стр. 5, со ссылкой на Адольфа Гано
- Перейти ↑ Hare, pp. 3–4
- ^ Clarke & Jacyna, стр. 199
- Кларк и О'Мэлли, стр. 186
- Хеллман, стр. 31–32.
- Bird (1848), стр. 344–345.
- Маттеуччи (1845), стр.284–285.
- ^ a b Пикколино и Бресадола, стр. 75
- ^ Птица, стр. 270
- ^ Clarke & Jacyna, стр. 199
- ^ a b Заяц, стр. 4
- ^ Птица, стр. 345
- Перейти ↑ Clarke & O'Malley, pp. 188–189
- ^ Кейтли, стр. 36
- ^ Птица, стр. 345 со ссылкой на Уилкинсона, 1845 г.
- ^ Птица, стр. 346
- ^ Кларк и Яцина, цитируя Маттеуччи
Библиография
- Кларк, Эдвин; Ясина, Л.С., Происхождение нейронаучных концепций девятнадцатого века , Калифорнийский университет Press, 1992 ISBN 0520078799 .
- Кларк, Эдвин; О'Мэлли, Чарльз Дональд, Человеческий мозг и спинной мозг: историческое исследование, иллюстрированное произведениями от античности до двадцатого века , Norman Publishing, 1996 ISBN 0930405250 .
- Берд, Голдинг , Глава XX, «Физиологическое электричество или гальванизм» , Элементы естественной философии , Лондон: Джон Черчилль, 1848 г. OCLC 931247166 .
- Хакманн, Виллем Д., «Гальванометр», Бад, Роберт; Уорнер, Дебора Джин (ред.), Инструменты науки: Историческая энциклопедия , стр. 257–259, Тейлор и Фрэнсис, 1998 ISBN 0815315619 .
- Заяц, Роберт , «О гальванизме или гальваническом электричестве» , Краткое изложение науки о механическом электричестве , Филадельфия: JG Auner, 1840 г. OCLC 8205588 .
- Хеллман, Хэл, Великие вражды в медицине , Джон Уайли и сыновья, 2001 г. ISBN 0471347574
- Кейтли, Джозеф Ф. , История электрических и магнитных измерений: с 500 г. до н.э. до 1940-х годов , IEEE Press, 1999 г. ISBN 0780311930 .
- Пикколино, Марко; Бресадола, Марко, Шокирующие лягушки: Гальвани, Вольта и электрические истоки нейробиологии , Oxford University Press, 2013 ISBN 0199782164 .
- Маттеуччи, Карло «Мышечный поток» Философские труды , стр. 283–295, 1845.
- Уилкинсон, Чарльз Генри, Элементы гальванизма , Лондон: Джон Мюррей, 1804 г. OCLC 8497530 .