Galwanoskop żaby

Galwanoskop z żabiej nogi

Galwanoskop żabowy był czułym instrumentem elektrycznym używanym do wykrywania napięcia na przełomie XVIII i XIX wieku. Składa się z oskórowanej żabiej nogi z elektrycznymi połączeniami z nerwem. Instrument został wynaleziony przez Luigiego Galvaniego i udoskonalony przez Carlo Matteucciego .

Galwanoskop żaby i inne eksperymenty z żabami odegrały rolę w sporze między Galvanim a Alessandro Voltą o naturę elektryczności. Instrument jest niezwykle czuły i był używany aż do XIX wieku, nawet po wprowadzeniu mierników elektromechanicznych .

Terminologia

Synonimy tego urządzenia obejmują galwanoskopową żabę , galwanoskop z żabią nogą , galwanometr żaby , żabę reoskopową i elektroskop żaby . Urządzenie jest właściwie nazywane galwanoskopem , a nie galwanometrem, ponieważ ten ostatni oznacza dokładny pomiar, podczas gdy galwanoskop daje tylko wskazanie. W nowoczesnym użyciu galwanometr jest czułym przyrządem laboratoryjnym do pomiaru prądu, a nie napięcia. Mierniki prądu codziennego użytku w terenie nazywane są amperomierzami . Podobne rozróżnienie można wprowadzić między elektroskopami , elektrometrami i woltomierzami do pomiaru napięcia.

Historia

Żaby były popularnym przedmiotem eksperymentów w laboratoriach wczesnych naukowców. Są małe, łatwe w obsłudze i są gotowe zapasy. Marcello Malpighi wykorzystał żaby w swoich badaniach nad płucami w XVII wieku. Żaby nadawały się szczególnie do badania aktywności mięśni. Zwłaszcza w nogach łatwo można zaobserwować skurcze mięśni i łatwo wyciąć nerwy. Inną pożądaną przez naukowców cechą było to, że skurcze te trwały po śmierci przez dłuższy czas. Również w XVII wieku Leopoldo Caldani i Felice Fontana poddali żaby wstrząsom elektrycznym, aby sprawdzić teorię drażliwości Albrechta von Hallera .

Luigi Galvani , wykładowca na Uniwersytecie w Bolonii , badał układ nerwowy żab od około 1780 roku. Badania te obejmowały reakcję mięśni na opiaty i elektryczność statyczną , w ramach eksperymentów wycinano razem rdzeń kręgowy i tylne nogi żaby i skórka usunięta. W 1781 r. dokonano obserwacji podczas takiej sekcji żaby. Maszyna elektryczna wyładowała się w chwili, gdy jeden z asystentów Galvaniego dotknął skalpelem nerwu podudziowego wypreparowanej żaby. Nogi żaby drgnęły, gdy doszło do wyładowania. Galvani odkrył, że może sprawić, że przygotowana noga żaby (patrz Budowa ) drga, łącząc metalowy obwód z nerwu do mięśnia, wynalazł w ten sposób pierwszy galwanoskop żaby. Galvani opublikował te wyniki w 1791 roku w De viribus electricitatis .

Alternatywna wersja historii odpowiedzi żaby na odległość mówi, że żaby są przygotowywane do zupy na tym samym stole, co działająca maszyna elektryczna. Żona Galvaniego zauważa drganie żaby, gdy asystent przypadkowo dotyka nerwu i zgłasza to zjawisko mężowi. Ta historia pochodzi od Jean-Louisa Aliberta i według Piccolino i Bresadoli prawdopodobnie została przez niego wymyślona.

Galvani i jego siostrzeniec Giovanni Aldini używali żabiego galwanoskopu w swoich eksperymentach elektrycznych. Carlo Matteucci udoskonalił instrument i zwrócił na niego szerszą uwagę. Galvani użył żabiego galwanoskopu do zbadania i promowania teorii elektryczności zwierzęcej , to znaczy, że w żywych istotach istnieje życiowa siła życiowa , która objawia się jako nowy rodzaj elektryczności. Alessandro Volta sprzeciwił się tej teorii, wierząc, że elektryczność, której byli świadkami Galvani i inni zwolennicy, była spowodowana elektryzacją styków metalowych w obwodzie. Motywacją Volty do wynalezienia stosu galwanicznego (prekursora powszechnej baterii cynkowo-węglowej ) było w dużej mierze umożliwienie mu skonstruowania obwodu całkowicie z materiału niebiologicznego, aby pokazać, że siła życiowa nie jest konieczna do wytworzenia efektów elektrycznych obserwowanych u zwierząt eksperymenty. Matteucci, w odpowiedzi na Voltę i aby pokazać, że metalowe kontakty nie są konieczne, skonstruował obwód całkowicie z materiału biologicznego, w tym żabią baterię . Ani teoria elektryczności zwierzęcej Galvaniego, ani teoria elektryfikacji kontaktowej Volty nie stanowią części współczesnej elektrotechniki. Jednak Alan Hodgkin w latach trzydziestych XX wieku wykazał, że rzeczywiście w nerwach płynie prąd jonowy .

Matteucci użył żabiego galwanoskopu do zbadania związku elektryczności z mięśniami, w tym w świeżo amputowanych kończynach ludzkich. Na podstawie swoich pomiarów Matteucci wywnioskował, że prąd elektryczny nieustannie płynie z wnętrza na zewnątrz wszystkich mięśni. Pomysł Matteucciego był powszechnie akceptowany przez współczesnych mu, ale już w to nie wierzy się, a jego wyniki są teraz wyjaśniane pod kątem potencjalnej kontuzji .

Budowa

Cała tylna noga żaby jest usuwana z ciała żaby z wciąż przyczepionym nerwem kulszowym i prawdopodobnie także częścią rdzenia kręgowego . Noga jest oskórowana i wykonane są dwa połączenia elektryczne. Można je wykonać na nerwie i stopie żaby, owijając je metalowym drutem lub folią, ale wygodniejszym instrumentem jest pokazany na obrazku układ Matteucciego. Nogę umieszcza się w szklanej rurce z wystającym nerwem. Połączenie jest wykonywane z dwoma różnymi punktami nerwu.

Według Matteucci, instrument jest najdokładniejszy, jeśli unika się bezpośredniego kontaktu elektrycznego z mięśniami. Oznacza to, że połączenia są nawiązywane tylko z nerwem. Matteucci radzi również, aby nerw był dobrze oczyszczony i aby kontakty z nim można było wykonać mokrym papierem, aby uniknąć używania ostrych metalowych sond bezpośrednio na nerwie.

Operacja

Kiedy udko żaby zostanie podłączone do obwodu z potencjałem elektrycznym , mięśnie kurczą się, a noga na chwilę drga. Będzie drgać ponownie, gdy obwód zostanie przerwany. Instrument jest w stanie wykrywać bardzo małe napięcia i może znacznie przewyższyć inne instrumenty dostępne w pierwszej połowie XIX wieku, w tym galwanometr elektromagnetyczny i elektroskop ze złotymi płatkami . Z tego powodu pozostał popularny długo po tym, jak inne instrumenty stały się dostępne. Galwanometr powstał w 1820 roku dzięki odkryciu przez Hansa Christiana Ørsteda , że ​​prąd elektryczny odchyla igłę kompasu, a elektroskop ze złotymi płatkami powstał jeszcze wcześniej ( Abraham Bennet , 1786). Jednak Golding Bird mógł jeszcze napisać w 1848 r., Że „drażliwe mięśnie żabich nóg były nie mniej niż 56 000 razy delikatniejsze w teście elektryczności niż najbardziej czuły elektrometr kondensacyjny”. Słowo kondensator użyte tutaj przez Birda oznacza cewkę, nazwaną tak przez Johanna Poggendorffa przez analogię do terminu Volty na kondensator .

Galwanoskop żabkowy może służyć do wykrywania kierunku prądu elektrycznego . Do tego potrzebna jest żaba udka, która została nieco odczulona. Czułość instrumentu jest największa na świeżo przygotowanej nodze, a potem spada z czasem, więc starsza noga jest do tego najlepsza. Reakcja nogi jest większa na prądy w jednym kierunku niż w drugim, a przy odpowiednio odczulonej nodze może reagować tylko na prądy w jednym kierunku. W przypadku prądu płynącego do nogi z nerwu noga będzie drgać podczas tworzenia obwodu. Dla prądu płynącego z nogi, będzie ona drżeć po przerwaniu obwodu.

Główną wadą żabiego galwanoskopu jest to, że często trzeba wymieniać żabią nogę. Noga będzie nadal reagować do 44 godzin, ale po tym czasie należy przygotować nową.

Bibliografia

•   Clarke, Edwin; Jacyna, LS, XIX-wieczne początki koncepcji neuronaukowych , University of California Press, 1992 ISBN 0520078799 .
•   Clarke, Edwin; O'Malley, Charles Donald, The Human Brain and Spinal Cord: studium historyczne zilustrowane pismami od starożytności do XX wieku , Norman Publishing, 1996 ISBN 0930405250 .
•   Bird, Golding , rozdział XX, „Fizjologiczna elektryczność lub galwanizm” , Elements of Natural Philosophy , Londyn: John Churchill, 1848 OCLC 931247166 .
•   Hackmann, Willem D., "Galwanometr", w: Bud, Robert; Warner, Deborah Jean (red.), Instruments of Science: An Historical Encyclopedia , s. 257–259, Taylor & Francis, 1998 ISBN 0815315619 .
•   Zając, Robert , „O galwanizmie lub elektryczności galwanicznej” , Krótka ekspozycja nauki o elektryczności mechanicznej , Filadelfia: JG Auner, 1840 OCLC 8205588 .
•   Hellman, Hal, Wielkie waśnie w medycynie , John Wiley and Sons, 2001 ISBN 0471347574
•   Keithley, Joseph F. , Historia pomiarów elektrycznych i magnetycznych: od 500 pne do lat czterdziestych XX wieku , IEEE Press, 1999 ISBN 0780311930 .
•   Piccolino, Marco; Bresadola, Marco, Shocking Frogs: Galvani, Volta i elektryczne początki neuronauki , Oxford University Press, 2013 ISBN 0199782164 .
• Matteucci, Carlo „Prąd mięśniowy” Transakcje filozoficzne , s. 283–295, 1845.
•   Wilkinson, Charles Henry, Elementy galwanizmu , Londyn: John Murray, 1804 OCLC 8497530 .