Вольтов столб

04.04.2017

Важнейшим этапом превращения электрохимии в науку было создание источников электрического тока пригодных для длительных и воспроизводимых опытов с электричеством. Научившись объединять гальванические элементы в батареи, исследователи, наконец, получили источники стабильного и значительного по величине тока.

В начале 19 века «вольтов столб» был таким же символом науки как циркуль во времена Архимеда и синхрофазотрон в 60-х годах 20 века. Вольтовы столбы изготавливали во всех странах, часто их изготовление финансировалось высочайшими особами, например Наполеоном.

(Демонстрация Наполеону Вольтова столба . Картина Джузеппе Бертини 1801 г.(Alessandro Volta demonstrating his battery (called the “Voltaic Pile”) to Napoleon, 1801. Painting by Giuseppe Bertini (1825-1898)))

Встреча Вольты и Наполеона неоднократно описана историками науки. В 1801 году в Париже в присутствии Наполеона Бонапарта состоялось представление работы "Искусственный электрический орган, имитирующий натуральный электрический орган угря или ската" с демонстрацией модели этого органа. Наполеон щедро наградил автора: в честь ученого была выбита медаль и учреждена премия в 80 000 экю. Все ведущие научные общества того времени, включая Петербургскую академию наук, изъявили желание видеть Алессандро Вольта в своих рядах, а лучшие университеты Европы были готовы предоставить ему свои кафедры. Благодаря этой знаменитой демонстрации Вольта в 1801 году получил от Наполеона титул графа и сенатора

В 1792-1794 гг., заинтересовавшись "животным электричеством", открытым Л. Гальвани, Вольта провёл ряд опытов и показал, что наблюдаемые явления связаны с наличием замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных металлов и жидкости. Луиджи Гальвани, как известно, прославился своими опытами с препарированной лягушкой. Эти опыты, проведённые им в 1780 году, а опубликованные в 1791 годах известны теперь каждому школьнику, но сам Гальвани, хотя и наблюдал действие электрического тока, выражавшееся в виде подергивания элементов уже мертвой лягушки, трактовал эти наблюдения неправильно. Он приписал судорожные подёргивания несчастного земноводного не возникновению электрического тока в образующемся гальваническом элементе, а некому животному электричеству.

Сначала Вольта согласится с выводами Гальвани. Однако уже в 1794 г. в трех письмах к профессору Вассали, опубликованных в «Физико-медицинском журнале», Вольта выступает противником воззрений Гальвани. Дело вовсе не в животном электричестве, писал он, а в том, что подергивания лягушки возникли от прохождения через нее электрического флюида, возникшего «вследствие прикосновения металлов». Именно Вольта, говоря о «постоянном круговороте электрического флюида», открыл явление электрического тока.

Вольта считал причины «гальванизма» физическими, а физиологические действия – одними из проявлений этого физического процесса

В своих работах, Алессандро Вольта, доказывает, что электрический ток в опытах Гальвани вызывает не непосредственно сокращение мышцы, а лишь возбуждение нерва, который далее неизвестным образом действует на мышцу. Кроме того, на основании множества опытов Вольта приходит к убеждению, что обкладки из двух разных металлов являются не простыми проводниками, а "настоящими возбудителями и двигателями электрического флюида".

Из этих двух выводов делается третий: животные органы, равно как и их части, лишь пассивные проводники электричества. То есть животного электричества, помимо проявляемого в особым образом устроенных электрических органах рыб, не существует. От всего, сделанного Гальвани, остается лишь случайно обнаруженный факт высокой чувствительности плоти к электрическим импульсам. И даже этот факт должен излагаться в редакции Вольты: к электричеству чувствительны лишь нервы, а мышцы приводятся в возбуждение косвенным, неэлектрическим образом.

С помощью экспериментов с разными парами электродов, Вольта установил, что физиологическое раздражение нервов тем сильнее, чем дальше отстоят друг от друга два металла в следующем ряду: цинк, оловянная фольга, олово, свинец, железо, латунь и т.д. до серебра, ртути, графита. Этот знаменитый ряд напряжений (активностей) Вольта и составлял ядро эффекта; мышца лягушки была лишь пассивным, хотя и очень чувствительным электрометром, а активными звеньями являлись металлы, от контакта которых и происходила их взаимная электризация.

Проводя многочисленные сравнительно-физиологические опыты, Вольта наблюдал у животных большую электрическую возбудимость нервов по сравнению с мышцами, а также гладкой мускулатуры кишечника и желудка по сравнению со скелетной. Он обнаружил (1792-1795) электрическую раздражимость органов зрения и вкуса у человека. Эти работы имели большое значение в истории методов физиологического эксперимента.

20 марта 1800 г. в письме на имя президента английского «Королевского общества» Вольта описал два вида изобретенного им нового источника электрического тока. Первый, названный впоследствии «вольтовым столбом», состоял из нескольких дюжин дисков диаметром в один дюйм из меди (или серебра) и цинка (или олова), сложенных попарно, а между каждой парой были проложены диски несколько меньшего диаметра из картона, пропитанного подкисленной водой. Вольта разделил проводники на два класса. К первому он отнес металлы, ко второму–жидкие проводники. Если составить замкнутую цепь из разнородных металлов, то тока не будет – это следствие закона Вольты для контактных напряжений. Если же «проводник второго класса находится в середине и соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух различных металлов, то вследствие этого возникает постоянный электрический ток того или иного направления, смотря по тому, с какой из сторон действие на него оказывается сильнее в результате такого соприкосновения». 

Мощность этого источника тока зависела от количества пар металлов, составлявших его. Второй вид источника тока, изобретенного Вольта, состоял из цепи (нескольких десятков) чашек, наполненных подкисленной водой и соединенных между собой металлическими дугами, составленными из двух металлов (например, серебра и цинка), спаянными выше места погружения в жидкость. Президент общества Бэнкс задержал опубликование изобретения Вольта, ознакомил с ним английских исследователей Никольсона (издатель). Карлейля (врач) и Крукшенка, которые быстро построили «столбы», сделали с ними опыты разложения воды и опыты выделения свинца и серебра из растворов. Лишь после этого изобретение Вольта было опубликовано в «Philosophical Transactions». Вольта считал, что электричество возникает на границе контакта двух металлов без их разрушения, и предполагал, что он открыл «перпетуум мобиле», т.е. вечный двигатель; он не обратил внимания на то, что цинк разрушается в месте соприкосновения с мокром картоном, и считал образование белого налета побочным явлением. По силе электрического действия Вольта установил так называемый ряд напряжений металлов: Zn, Sn, Pb, Fe, бронза. Сu, Pt, Аu, Ag. Hg.

Покрытия металлами также осуществлялись при помощи электричества, полученного из Вольтова столба - 1805 году Бруньятелли первому удалось получить настоящее гальваническое покрытие с помощью Вольтова столба. 

В книгах посвященных электрохимии, написанных в то время, Вольтов столб являлся источником тока, благодаря которому можно было получить покрытие гальваническим методом.Изобретение Алессандро Вольта оказало огромное влияние не только на развитие науки об электричестве, но и на всю историю человеческой цивилизации. Вольтов столб возвестил о наступлении новой эпохи — эпохи электричества.

Литература

А. Бернштейн. Химические силы и электрохимия. Пер. с немецкого, 1903г

Сибиряков Р.В. Краткий экскурс в историю развития прикладной электрохимии, 2011 г

Г. Лангбейн. Полное руководство к осаждению металлов гальваническим путем, 1896г

Кудрявцев П.С. Курс истории физики , 1982 г

Ф. Даннеманн. История естествознания, 1913г