Гальваноскоп-лягушка - Frog galvanoscope

Гальваноскоп на лапах лягушки

В гальваноскоп лягушка был чувствительным электрическим прибором, используемым для обнаружения Напряжение[1] в конце восемнадцатого и девятнадцатого веков. Он состоит из ободранной лягушачьей лапы с электрическими соединениями с нервом. Инструмент был изобретен Луиджи Гальвани и улучшен Карло Маттеуччи.

Гальваноскоп с лягушками и другие эксперименты с лягушками сыграли свою роль в споре между Гальвани и Алессандро Вольта над природой электричества. Инструмент чрезвычайно чувствителен и продолжал использоваться даже в девятнадцатом веке, даже после электромеханический метров вошел в обиход.

Терминология

Синонимы этого устройства включают гальваноскопическая лягушка, гальваноскоп лягушки, гальванометр-лягушка, реоскопическая лягушка, и лягушка электроскоп. Устройство правильно называть гальваноскоп скорее, чем гальванометр поскольку последнее предполагает точное измерение, тогда как гальваноскоп дает только показания.[2] В современном использовании гальванометр это чувствительный лабораторный прибор для измерения силы тока, а не напряжения. Счетчики повседневного тока для использования в полевых условиях называются амперметры.[3] Аналогичное различие можно провести между электроскопы, электрометры, и вольтметры для измерения напряжения.

История

Лягушки были популярным объектом экспериментов в лабораториях ранних ученых. Они маленькие, удобные в обращении, есть готовый запас. Марчелло Мальпиги например, использовал лягушек в своем исследовании легких в семнадцатом веке. Лягушки особенно подходили для изучения мышечной активности. Мышечные сокращения легко наблюдаются, особенно в ногах, и легко отсекаются нервы. Другой желанной особенностью для ученых было то, что эти сокращения продолжались после смерти в течение значительного времени. Также в семнадцатом веке Леопольдо Калдани и Феличе Фонтана подвергали лягушек поражению электрическим током для испытания Альбрехт фон Галлер с теория раздражительности.[4]

Луиджи Гальвани, преподаватель Болонский университет, исследовал нервная система лягушек примерно с 1780 года. Это исследование включало мышечную реакцию на опиаты и статичное электричество, для этих экспериментов спинной мозг и задние лапы лягушки вырезали вместе и удаляли кожу. В 1781 г.[5] наблюдение было сделано, когда таким образом рассекали лягушку. An электрическая машина выписан как раз в тот момент, когда один из помощников Гальвани коснулся голеностый нерв рассеченной лягушки скальпелем. Ноги лягушки задергались, когда произошел разряд.[6] Гальвани обнаружил, что может сделать подготовленную лапку лягушки (см. Строительство раздел) подергивания, соединив металлический контур от нерва к мышце, таким образом изобретая первый гальваноскоп лягушки.[7] Гальвани опубликовал эти результаты в 1791 г. De viribus electricitatis.[8]

В альтернативной версии истории реакции лягушки на расстоянии лягушки готовят суп на том же столе, что и работающая электрическая машина. Жена Гальвани замечает подергивание лягушки, когда помощник случайно касается нерва, и сообщает об этом явлении ее мужу.[9] Эта история берет начало с Жан-Луи Алибер и, согласно Пикколино и Бресадола, вероятно, был изобретен им.[10]

Гальвани и его племянник Джованни Альдини, использовали гальваноскоп-лягушку в своих электрических экспериментах. Карло Маттеуччи улучшил инструмент и привлек к нему более широкое внимание.[11] Гальвани использовал гальваноскоп-лягушку, чтобы исследовать и продвигать теорию животное электричество, то есть было жизненная сила в живых существах, которые проявили себя как новый вид электричества. Алессандро Вольта выступил против этой теории, полагая, что электричество, свидетелями которого были Гальвани и другие сторонники, было вызвано металлическими контактная электрификация в цепи. Мотивация Вольты на изобретение гальваническая свая (предшественник общего цинк-угольный аккумулятор ) было в значительной степени позволить ему построить цепь полностью из небиологического материала, чтобы показать, что жизненная сила не была необходима для создания электрических эффектов, наблюдаемых в экспериментах на животных. Маттеуччи, в ответ Вольте, и чтобы показать, что металлические контакты не нужны, построил цепь полностью из биологического материала, включая лягушка батарея. Ни теория животного электричества Гальвани, ни теория контактной электрификации Вольта не являются частью современной науки об электричестве.[12] Тем не мение, Алан Ходжкин в 1930-х годах показали, что действительно существует ионный ток течет по нервам.[13]

Маттеуччи использовал гальваноскоп с лягушкой, чтобы изучить связь электричества с мышцами, в том числе в недавно ампутированных человеческих конечностях. На основании своих измерений Маттеуччи пришел к выводу, что электрический ток постоянно течет изнутри во все мускулы.[14] Идея Маттеуччи была широко принята его современниками, но в нее больше не верят, и его результаты теперь объясняются в терминах возможность травмы.[15]

Строительство

Задняя лапа целиком отделяется от тела лягушки с помощью седалищный нерв все еще прикреплен, и, возможно, также часть спинной мозг. Нога обшита и выполнены два электрических соединения. Их можно приложить к нерву и ступне лягушки, обернув их металлической проволокой или фольгой.[16] но более удобный инструмент - это аранжировка Маттеуччи, показанная на изображении. Нога помещается в стеклянную трубку, в которой выступает только нерв. Связь осуществляется с двумя разными точками нерва.[17]

По словам Маттеуччи, инструмент будет наиболее точным, если избежать прямого электрического контакта с мышцами. То есть связи производятся только с нервом. Маттеуччи также советует хорошо обнажить нерв и чтобы контакты с ним можно было производить с помощью влажной бумаги, чтобы не использовать острые металлические зонды непосредственно на нерве.[18]

Операция

Когда лапа лягушки подключена к цепи с электрический потенциал, мышцы сократятся, и нога ненадолго подергнется. Он снова дергается при разрыве цепи.[16] Инструмент способен обнаруживать очень маленькие напряжения, и может намного превзойти другие инструменты, доступные в первой половине девятнадцатого века, в том числе электромагнитные гальванометр и электроскоп с позолотой. По этой причине он оставался популярным еще долго после того, как стали доступны другие инструменты. Гальванометр стал возможным в 1820 году благодаря открытию Ганс Кристиан Эрстед что электрические токи отклонят стрелку компаса, а электроскоп с позолотой был еще раньше (Авраам Беннет, 1786).[19] Пока что Голдинг Птица еще мог написать в 1848 году, что «раздраженные мускулы лягушачьих лапок были не менее чем в 56 000 раз более деликатным испытанием электричеством, чем самый чувствительный конденсационный электрометр».[20] Слово конденсатор Используемый Птицей здесь означает катушку, названную так Иоганн Поггендорф по аналогии с термином Вольта для конденсатор.[2]

Гальваноскоп с лягушкой можно использовать для определения направления электрический ток. Для этого нужна немного десенсибилизированная лапа лягушки. Чувствительность инструмента максимальна для свежеприготовленной ноги, но со временем она падает, поэтому для этого лучше всего подходит более старая нога. Ответ ноги больше на токи в одном направлении, чем на другой, и с соответствующим образом десенсибилизированной ногой она может реагировать только на токи в одном направлении. При токе, идущем в ногу от нерва, нога будет подергиваться при замыкании цепи. Если ток выходит из ноги, он будет дергаться при размыкании цепи.[21]

Главный недостаток гальваноскопа лягушки - частая замена лягушачьей лапы.[22] Нога будет продолжать реагировать до 44 часов, но после этого необходимо приготовить новую.[13]

Рекомендации

  1. ^ Кейтли, стр. 51
  2. ^ а б Хакманн, стр. 257
  3. ^ Хакманн, стр. 259
  4. ^ Пикколино и Бресадола, стр. 74–75.
  5. ^ Пикколино и Бресадола, стр. 88–89.
  6. ^ Кейтли, стр. 49
  7. ^ Пикколино и Бресадола, стр. 71
  8. ^ Кейтли, стр. 71
  9. ^ Уилкинсон, стр. 6
  10. ^ Пикколино и Бресадола, стр. 5, цитируя Адольф Гано
  11. ^ Заяц, стр. 3–4.
  12. ^ Кларк и Яцина, стр. 199
    • Кларк и О'Мэлли, стр. 186
    • Хеллман, стр. 31–32.
    • Bird (1848), стр. 344–345.
    • Маттеуччи (1845), стр.284–285.
  13. ^ а б Пикколино и Бресадола, стр. 75
  14. ^ Птица, стр. 270
  15. ^ Кларк и Ясина, стр. 199
  16. ^ а б Заяц, стр. 4
  17. ^ Птица, стр. 345
  18. ^ Кларк и О'Мэлли, стр. 188–189.
  19. ^ Кейтли, стр. 36
  20. ^ Птица, стр. 345 со ссылкой на Уилкинсона, 1845 г.
  21. ^ Птица, стр. 346
  22. ^ Кларк и Яцина со ссылкой на Маттеуччи

Библиография

  • Кларк, Эдвин; Яцина, Л. С., Истоки нейронаучных концепций девятнадцатого века, Калифорнийский университет Press, 1992 ISBN  0520078799.
  • Кларк, Эдвин; О'Мэлли, Чарльз Дональд, Человеческий мозг и спинной мозг: историческое исследование, иллюстрированное произведениями от античности до двадцатого века., Norman Publishing, 1996 г. ISBN  0930405250.
  • Птица, 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, Taylor & Francis, 1998. ISBN  0815315619.
  • Заяц, Роберт, «Гальванизма или гальваники», Краткое изложение науки о механическом электричестве, Филадельфия: Дж. Г. Аунер, 1840 г. OCLC  8205588.
  • Хеллман, Хэл, Великие распри в медицине, Джон Уайли и сыновья, 2001 ISBN  0471347574
  • Кейтли, Джозеф Ф., История электрических и магнитных измерений: с 500 г. до н.э. до 1940-х гг., IEEE Press, 1999 г. ISBN  0780311930.
  • Пикколино, Марко; Бресадола, Марко, Шокирующие лягушки: Гальвани, Вольта и электрические истоки нейробиологии, Oxford University Press, 2013 г. ISBN  0199782164.
  • Маттеуччи, Карло «Мышечный ток» Философские трудыС. 283–295, 1845.
  • Уилкинсон, Чарльз Генри, Элементы гальванизма, Лондон: Джон Мюррей, 1804 г. OCLC  8497530.