Žába galvanoskop - Frog galvanoscope

Žabí noha galvanoskop

Žába galvanoscope byl citlivý elektrický přístroj používá k detekci napětí na přelomu osmnáctého a devatenáctého století. Skládá se z kůže žabí nohy s elektrickým připojením k nervu. Nástroj vynalezl Luigi Galvani a vylepšil ho Carlo Matteucci .

Žábní galvanoskop a další experimenty se žabami hrály roli ve sporu mezi Galvani a Alessandrem Voltou o povahu elektřiny. Přístroj je extrémně citlivý a nadále se používal až do devatenáctého století, a to i poté, co se začaly používat elektromechanické měřiče.

Terminologie

Synonyma pro toto zařízení zahrnují galvanoskopickou žábu , žabí galvanoskop , nožní galvanometr , reoskopickou žábu a žabí elektroskop . Zařízení se správně nazývá galvanoskop, spíše než galvanometr, protože ten znamená přesné měření, zatímco galvanoskop poskytuje pouze indikaci. V moderním použití je galvanometr citlivým laboratorním nástrojem pro měření proudu, nikoli napětí. Každodenní měřiče proudu pro použití v terénu se nazývají ampérmetry . Podobně lze rozlišit mezi elektroskopy , elektrometry a voltmetry pro měření napětí.

Dějiny

Žáby byly oblíbeným předmětem experimentů v laboratořích raných vědců. Jsou malé, snadno se s nimi manipuluje a je zde připravená zásoba. Například Marcello Malpighi používal žáby při studiu plic v sedmnáctém století. Žáby byly zvláště vhodné pro studium svalové aktivity. Zejména na nohou jsou snadno pozorovány svalové kontrakce a nervy jsou snadno odstraněny. Další žádoucí vlastností pro vědce bylo, že tyto kontrakce pokračovaly po smrti po značnou dobu. Také v sedmnáctém století, Leopoldo Caldani a Felice Fontana podroben žáby k úrazu elektrickým proudem testovat Albrecht von Haller ‚s teorie podrážděnost .

Luigi Galvani , přednášející na univerzitě v Bologni , zkoumal nervový systém žab kolem roku 1780. Tento výzkum zahrnoval svalovou odezvu na opiáty a statickou elektřinu , pro které byly společně rozřezány míchy a zadní nohy žáby a kůže odstraněna. V roce 1781 bylo provedeno pozorování, zatímco byla žába tak pitvána. Elektrický stroj propuštěn právě v okamžiku, kdy jeden z Galvani asistentů dotkl bércových nerv o členitý žáby se skalpelem. Žabí nohy se zachvěly, když došlo k výboji. Galvani zjistil, že dokáže připravenou nohu žáby (viz část Stavba ) trhnout připojením kovového obvodu od nervu ke svalu, čímž vymyslel první žabí galvanoskop. Galvani zveřejnil tyto výsledky v roce 1791 v De viribus electricitatis .

Alternativní verzi příběhu reakce žab na dálku má žáby připravované na polévku na stejném stole jako běžící elektrický stroj. Galvaniho žena si všimne žabích záškubů, když se asistent náhodou dotkne nervu a ohlásí tento jev svému manželovi. Tento příběh pochází od Jean-Louis Aliberta a podle Piccolina a Bresadoly jej pravděpodobně vynalezl.

Galvani a jeho synovec Giovanni Aldini použili žabí galvanoskop při svých elektrických experimentech. Carlo Matteucci vylepšil nástroj a upozornil na něj. Galvani pomocí žabího galvanoskopu zkoumal a propagoval teorii živočišné elektřiny , to znamená, že v živých věcech byla životně důležitá životní síla, která se projevovala jako nový druh elektřiny. Alessandro Volta se postavil proti této teorii a věřil, že elektřina, které byli Galvani a další zastánci svědky, byla způsobena elektrifikací kovovým kontaktem v obvodu. Voltova motivace při vynalézání hromady volta (předchůdce běžné zinko-uhlíkové baterie ) spočívala především v tom, že mu umožnil zcela zkonstruovat obvod s nebiologickým materiálem, aby ukázal, že k vytvoření elektrických účinků pozorovaných u zvířat není nezbytná vitální síla. experimenty. Matteucci, v odpovědi na Voltu, a aby ukázal, že kovové kontakty nejsou nutné, zkonstruoval obvod zcela z biologického materiálu, včetně žabí baterie . Teorie živočišné elektřiny Galvaniho ani teorie kontaktní elektrifikace Volty netvoří součást moderní elektrické vědy. Nicméně, Alan Hodgkin v 1930 ukázaly, že je skutečně iontový proud, který teče v nervech.

Matteucci pomocí žabího galvanoskopu studoval vztah elektřiny ke svalům, včetně čerstvě amputovaných lidských končetin. Matteucci ze svých měření dospěl k závěru, že z vnitřku do vnějšku všech svalů neustále protéká elektrický proud. Matteucciho myšlenka byla jeho současníky široce přijímána, ale tomu již není věřeno a jeho výsledky jsou nyní vysvětleny, pokud jde o potenciál zranění .

Konstrukce

Celá žabí zadní noha je odstraněna z těla žáby se stále připojeným ischiatickým nervem a případně také s částí míchy . Noha je stažena z kůže a jsou provedena dvě elektrická připojení. Ty mohou být vyrobeny na nerv a chodidlo žabí nohy obalením kovovým drátem nebo fólií, ale vhodnějším nástrojem je Matteucciho uspořádání zobrazené na obrázku. Noha je umístěna ve skleněné trubici s vyčnívajícím pouze nervem. Je navázáno spojení na dva různé body na nervu.

Podle Matteucciho je nástroj nejpřesnější, pokud se zabrání přímému elektrickému kontaktu se svalem. To znamená, že jsou navázána spojení pouze s nervem. Matteucci také doporučuje, aby byl nerv dobře odizolován a aby kontakty s ním mohly být navázány mokrým papírem, aby se zabránilo použití ostrých kovových sond přímo na nerv.

Úkon

Když je noha žáby připojena k obvodu s elektrickým potenciálem , svaly se stáhnou a noha se krátce trhne. Při přerušení obvodu se znovu trhne. Přístroj je schopen detekovat extrémně malá napětí a mohl by daleko předčit ostatní přístroje dostupné v první polovině devatenáctého století, včetně elektromagnetického galvanometru a elektroskopu se zlatými listy . Z tohoto důvodu zůstal populární dlouho poté, co byly k dispozici další nástroje. Galvanometr byl umožněn v roce 1820 objevem Hanse Christiana Ørsteda, že elektrické proudy by vychýlily jehlu kompasu, a elektroskop se zlatými listy byl ještě dříve ( Abraham Bennet , 1786). Přesto Golding Bird mohl v roce 1848 napsat, že „dráždivé svaly žabích nohou nebyly méně než 56 000krát choulostivější zkouškou elektřiny než nejcitlivější kondenzační elektroměr“. Slovo kondenzátor, které zde Bird používá, znamená cívku, kterou pojmenoval Johann Poggendorff analogicky s Voltovým termínem pro kondenzátor .

Žábní galvanoskop lze použít k detekci směru elektrického proudu . K tomu je potřeba poněkud znecitlivělá žabí noha. Citlivost nástroje je největší u čerstvě připravené nohy a poté s časem klesá, takže starší noha je pro to nejlepší. Odezva nohy je větší na proudy v jednom směru než druhá a s vhodně znecitlivenou nohou může reagovat pouze na proudy v jednom směru. U proudu, který jde do nohy z nervu, bude noha škubnout při vytváření obvodu. Pro proud vycházející z nohy bude škubnout při přerušení obvodu.

Hlavní nevýhodou žabího galvanoskopu je, že žabí stehno je často nutné vyměnit. Noha bude i nadále reagovat až 44 hodin, ale poté musí být připravena nová.

Reference

Bibliografie

  • Clarke, Edwin; Jacyna, LS, Počátky devatenáctého století neurovědeckých koncepcí , University of California Press, 1992 ISBN  0520078799 .
  • Clarke, Edwin; O'Malley, Charles Donald, Lidský mozek a mícha: historická studie ilustrovaná spisy od starověku do dvacátého století , Norman Publishing, 1996, ISBN  0930405250 .
  • Bird, Golding , kapitola XX, „Fyziologická elektřina nebo galvanismus“ , Elements of Natural Philosophy , Londýn: John Churchill, 1848 OCLC  931247166 .
  • Hackmann, Willem D., „Galvanometer“, Bud, Robert; Warner, Deborah Jean (eds), Instruments of Science: An Historical Encyclopedia , str. 257–259, Taylor & Francis, 1998 ISBN  0815315619 .
  • Hare, Robert , „Of galvanism, or voltaic elektrine“ , Stručná expozice vědy mechanické elektřiny , Philadelphia: JG Auner, 1840 OCLC  8205588 .
  • Hellman, Hal, Great Feuds in Medicine , John Wiley and Sons, 2001 ISBN  0471347574
  • Keithley, Joseph F. , The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 BC to the 1940s , IEEE Press, 1999 ISBN  0780311930 .
  • Piccolino, Marco; Bresadola, Marco, Šokující žáby: Galvani, Volta a Elektrické původy neurovědy , Oxford University Press, 2013, ISBN  0199782164 .
  • Matteucci, Carlo „Svalový proud“ Filozofické transakce , s. 283–295, 1845.
  • Wilkinson, Charles Henry, Elements of Galvanism , London: John Murray, 1804 OCLC  8497530 .