Лягушка гальваноскоп

Гальваноскоп -лягушка представлял собой чувствительный электрический прибор, используемый для определения напряжения. ^{[ 1 ]} в конце 18-19 веков. Он состоит из содранной лягушачьей лапки с электрическими соединениями с нервом. Инструмент был изобретен Луиджи Гальвани и усовершенствован Карло Маттеуччи .

Гальваноскоп лягушки 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

Синонимы этого устройства включают гальваноскопическую лягушку , гальваноскоп лягушачьей лапки , гальванометр лягушки , реоскопическую лягушку и электроскоп лягушки . Прибор правильнее 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

Лягушки были популярным объектом экспериментов в лабораториях первых учёных. Они были небольшими, 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 рассекаются 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 De viribuselectricitatis . ^{[ 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 придумана им. ^{[ 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

Из тела лягушки удаляют всю заднюю ногу с прикреплённым к ней седалищным нервом и, возможно, также частью спинного мозга . С ножки снимается кожа 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

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, а затем 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

^ 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

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 .

[1] Кейтли, с. 51

[Hackmann,_p._257-2] Jump up to: ^а ^б Хакманн, с. 257

[3] Хакманн, с. 259

[4] Пикколино и Бресадола, стр. 74–75

[5] Пикколино и Бресадола, стр. 88–89

[6] Кейтли, с. 49

[7] Пикколино и Бресадола, с. 71

[8] Кейтли, с. 71

[9] Уилкинсон, с. 6

[10] Пикколино и Бресадола, с. 5, цитируя Адольфа Гано

[11] Заяц, стр. 3–4.

[12] 
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.

[13] Кларк и Джасина, с. 199

[14] Кларк и О'Мэлли, с. 186

[15] Хеллман, стр. 31–32.

[16] Берд (1848), стр. 344–345.

[17] Маттеуччи (1845), стр. 284–285.

[Picc75-13] Jump up to: ^а ^б Пикколино и Бресадола, с. 75

[14] Птица, с. 270

[15] Кларк и Джасина, с. 199

[Hare,_p._4-16] Jump up to: ^а ^б Заяц, с. 4

[Bird345-17] Птица, с. 345

[18] Кларк и О'Мэлли, стр. 188–189.

[19] Кейтли, с. 36

[20] Птица, с. 345 со ссылкой на Уилкинсона, 1845 г.

[21] Птица, с. 346

[22] Кларк и Джасина, цитируя Маттеуччи

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]