Лягушка гальваноскоп
Гальваноскоп -лягушка представлял собой чувствительный электрический прибор, используемый для определения напряжения. [1] в конце 18-19 веков. Он состоит из лягушачьей лапки со снятой кожей и электрическими соединениями с нервом. Инструмент был изобретен Луиджи Гальвани и усовершенствован Карло Маттеуччи .
Гальваноскоп-лягушка и другие эксперименты с лягушками сыграли роль в споре между Гальвани и Алессандро Вольтой о природе электричества. Этот прибор чрезвычайно чувствителен и продолжал использоваться вплоть до девятнадцатого века, даже после того, как электромеханические стали использоваться счетчики.
Терминология
[ редактировать ]Синонимы этого устройства включают гальваноскопическую лягушку , гальваноскоп лягушачьей лапки , гальванометр лягушки , реоскопическую лягушку и электроскоп лягушки . Это устройство правильно называть гальваноскопом, а не гальванометром, поскольку последний предполагает точные измерения, тогда как гальваноскоп дает только показания. [2] В современном использовании гальванометр представляет собой чувствительный лабораторный прибор для измерения тока, а не напряжения. Бытовые измерители тока для использования в полевых условиях называются амперметрами . [3] Аналогичное различие можно провести между электроскопами , электрометрами и вольтметрами для измерения напряжения.
История
[ редактировать ]Лягушки были популярным объектом экспериментов в лабораториях первых учёных. Они были маленькими, с ними легко обращаться, и их всегда было в наличии. Марчелло Мальпиги , например, использовал лягушек при исследовании легких в семнадцатом веке. Лягушки особенно подходили для изучения мышечной активности. Особенно в ногах хорошо заметны сокращения мышц и легко отделяются нервы. Еще одной желательной для ученых особенностью было то, что эти сокращения продолжались после смерти в течение значительного времени. Также в восемнадцатом веке Леопольдо Калдани и Феличе Фонтана подвергали лягушек электрошоку, чтобы проверить Альбрехта фон Галлера теорию раздражительности . [4]
Луиджи Гальвани , преподаватель Болонского университета , исследовал нервную систему лягушек примерно с 1780 года. Это исследование включало мышечную реакцию на опиаты и статическое электричество , для чего в экспериментах спинной мозг и задние конечности лягушки были рассечены вместе. и шкура снята. В 1781 году [5] наблюдение было сделано во время препарирования лягушки. Электрическая машина разрядилась как раз в тот момент, когда один из ассистентов Гальвани коснулся скальпелем нерва голени рассеченной лягушки. Ноги лягушки дернулись, когда произошел разряд. [6] Гальвани обнаружил, что он может заставить подготовленную ногу лягушки (см. раздел «Конструкция» ) дергаться, подключив металлическую цепь от нерва к мышце, изобрел таким образом первый гальваноскоп лягушки. [7] Гальвани опубликовал эти результаты в 1791 году в книге «О силе электричества» . [8]
В альтернативной версии истории о реакции лягушки на расстоянии лягушки готовятся к супу на том же столе, что и работающая электрическая машина. Жена Гальвани замечает подергивание лягушки, когда ассистент случайно задевает нерв, и сообщает об этом мужу. [9] Эта история берет свое начало от Жана-Луи Алибера и, по мнению Пикколино и Бресадолы, вероятно, была им придумана. [10]
Гальвани и его племянник Джованни Альдини использовали гальваноскоп-лягушку в своих электрических экспериментах. Карло Маттеуччи усовершенствовал инструмент и привлек к нему более широкое внимание. [11] Гальвани использовал гальваноскоп лягушки для исследования и продвижения теории животного электричества , то есть того, что в живых существах существует жизненная сила , которая проявляется как новый вид электричества. Алессандро Вольта выступил против этой теории, полагая, что электричество, свидетелями которого стали Гальвани и другие сторонники, возникло из-за электризации металлических контактов в цепи. Мотивацией Вольты к изобретению гальванической батареи (предшественника обычной угольно-цинковой батареи ) было в основном желание построить цепь полностью из небиологического материала, чтобы показать, что жизненная сила не является необходимой для создания электрических эффектов, наблюдаемых у животных. эксперименты. Маттеуччи, отвечая Вольте и чтобы показать, что металлические контакты не нужны, сконструировал схему, полностью состоящую из биологического материала, включая батарейку-лягушку . Ни теория животного электричества Гальвани, ни теория контактной электрификации Вольта не являются частью современной электротехники. [12] Однако Алан Ходжкин в 1930-х годах показал, что ионный ток. по нервам действительно течет [13]
Маттеуччи использовал гальваноскоп лягушки, чтобы изучить связь электричества с мышцами, в том числе в только что ампутированных человеческих конечностях. Маттеуччи на основании своих измерений пришел к выводу, что электрический ток постоянно течет изнутри наружу всех мышц. [14] Идея Маттеуччи была широко принята его современниками, но в нее больше не верят, и его результаты теперь объясняются с точки зрения потенциальной травмы . [15]
Строительство
[ редактировать ]Из тела лягушки удаляют всю заднюю ногу с прикреплённым к ней седалищным нервом и, возможно, также частью спинного мозга . С ножки снимается шкура и выполняются два электрических соединения. Их можно прикрепить к нерву и стопе лягушачьей лапки, обернув их металлической проволокой или фольгой. [16] но более удобным инструментом является аранжировка Маттеуччи, показанная на изображении. Ногу помещают в стеклянную трубку, из которой выступает только нерв. Соединение осуществляется с двумя разными точками нерва. [17]
По словам Маттеуччи, прибор будет наиболее точным, если избегать прямого электрического контакта с мышцами. То есть соединения производятся только с нервом. Маттеуччи также советует хорошо зачистить нерв и прикасаться к нему влажной бумагой, чтобы избежать использования острых металлических зондов непосредственно на нерве. [18]
Операция
[ редактировать ]Когда лапка лягушки подключается к цепи с электрическим потенциалом , мышцы сокращаются, и нога кратковременно дергается. Он снова дергается, когда цепь разрывается. [16] Прибор способен обнаруживать чрезвычайно малые напряжения и может значительно превзойти другие инструменты, доступные в первой половине девятнадцатого века, включая электромагнитный гальванометр и электроскоп с сусальным золотом . По этой причине он оставался популярным еще долгое время после того, как стали доступны другие инструменты. Гальванометр стал возможен в 1820 году благодаря открытию Гансом Христианом Эрстедом того, что электрические токи отклоняют стрелку компаса, а электроскоп с сусальным золотом появился еще раньше ( Абрахам Беннет , 1786). [19] И все же Голдинг Берд в 1848 году все же мог написать, что «раздражительные мышцы лягушачьих лапок были не менее чем в 56 000 раз более тонким испытанием электричества, чем самый чувствительный конденсационный электрометр». [20] Слово «конденсатор», использованное здесь Бердом, означает катушку, названную так Иоганном Поггендорфом по аналогии с термином Вольта для обозначения конденсатора . [2]
Гальваноскоп-лягушка можно использовать для определения направления электрического тока . Для этого нужна несколько десенсибилизированная лягушачья лапка. Чувствительность инструмента наиболее высока на свежепрепарированной ноге, но со временем падает, поэтому лучше всего для этого подходит старая нога. Реакция ноги сильнее на токи в одном направлении, чем на другие, и при соответствующей десенсибилизации ноги она может реагировать только на токи в одном направлении. Если ток, поступающий в ногу от нерва, нога будет дергаться при замыкании цепи. При прохождении тока из ножки она будет дергаться при разрыве цепи. [21]
Основным недостатком гальваноскопа с лягушкой является то, что ее лапку часто приходится заменять. [22] Нога будет реагировать до 44 часов, но после этого необходимо подготовить новую. [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кейтли, с. 51
- ^ Jump up to: а б Хакманн, с. 257
- ^ Хакманн, с. 259
- ^ Пикколино и Бресадола, стр. 74–75
- ^ Пикколино и Бресадола, стр. 88–89
- ^ Кейтли, с. 49
- ^ Пикколино и Бресадола, с. 71
- ^ Кейтли, с. 71
- ^ Уилкинсон, с. 6
- ^ Пикколино и Бресадола, с. 5, цитируя Адольфа Гано
- ^ Заяц, стр. 3–4.
- ^
- Кларк и Джасина, с. 199
- Кларк и О'Мэлли, с. 186
- Хеллман, стр. 31–32.
- Берд (1848), стр. 344–345.
- Маттеуччи (1845), стр. 284–285.
- ^ Jump up to: а б Пикколино и Бресадола, с. 75
- ^ Птица, с. 270
- ^ Кларк и Джасина, с. 199
- ^ Jump up to: а б Заяц, с. 4
- ^ Птица, с. 345
- ^ Кларк и О'Мэлли, стр. 188–189.
- ^ Кейтли, с. 36
- ^ Птица, с. 345 со ссылкой на Уилкинсона, 1845 г.
- ^ Птица, с. 346
- ^ Кларк и Джасина, цитируя Маттеуччи
Библиография
[ редактировать ]- Кларк, Эдвин; Джасина, Л.С., Истоки нейробиологических концепций в девятнадцатом веке , University of California Press, 1992. ISBN 0520078799 .
- Кларк, Эдвин; О'Мэлли, Чарльз Дональд, Человеческий мозг и спинной мозг: историческое исследование, иллюстрированное сочинениями от древности до двадцатого века , Norman Publishing, 1996. ISBN 0930405250 .
- Бёрд, 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 (редакторы), «Инструменты науки: историческая энциклопедия» , стр. 257–259, Тейлор и Фрэнсис, 1998 г. ISBN 0815315619 .
- Хэйр, Роберт , «О гальванизме, или гальваническом электричестве» , Краткое изложение науки о механическом электричестве , Филадельфия: Дж. Г. Аунер, 1840 г. OCLC 8205588 .
- Хеллман, Хэл, Великая вражда в медицине , Джон Уайли и сыновья, 2001 г. ISBN 0471347574
- Кейтли, Джозеф Ф. , История электрических и магнитных измерений: от 500 г. до н. э. до 1940-х гг. , IEEE Press, 1999 г. ISBN 0780311930 .
- Пикколино, Марко; Бресадола, Марко, Шокирующие лягушки: Гальвани, Вольта и электрическое происхождение нейронауки , Oxford University Press, 2013 г. ISBN 0199782164 .
- Маттеуччи, Карло «Мышечный ток» Philosophical Transactions , стр. 283–295, 1845 г.
- Уилкинсон, Чарльз Генри, Элементы гальванизма , Лондон: Джон Мюррей, 1804 г. OCLC 8497530 .