Alessandro Volta, rekordzista w dziedzinie odkryć przyrodniczych

Badania naukowe to z pewnością nie jest dziedzina, w której można ustanawiać rekordy, tytuł tego artykułu należy więc czytać „z przymrużeniem oka”. Chciałem jednak podkreślić, że zamierzam opisać osiągnięcia badacza, którego liczba i waga odkryć naprawdę znacząco odbiega od tego, co stanowi dorobek typowych naukowców. Chociaż szczęśliwy to on nie był...

Miał być księdzem albo prawnikiem

Bohaterem tego artykułu jest Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta. Tak wybitny człowiek musiał mieć tak długie nazwisko, które jednak zwykle skracano do: Alessandro Volta. Urodził się w Como (księstwo Mediolanu), w rodzinie arystokratycznej. Rodzice zdecydowanie kierowali go ku studiom humanistycznym w zakresie retoryki i filozofii w jezuickiej szkole w Como, a potem w Królewskim Seminarium Benzi w Como. Alessandro posłusznie odbył te studia, ale w ich trakcie zaprzyjaźnił się z kanonikiem Giulio Cesare Gattonim, który miał własne laboratorium nauk przyrodniczych, mieszczące się w jednej z wież murów miejskich Como. Gattoni odkrył uzdolnienia Alessandra i pomógł młodzieńcowi w stawianiu pierwszych kroków naukowych.

Czytaj więcej

Historia świata

Udoskonalenie bywa ważniejsze od wynalazku

W dziejach rozwoju myśli naukowej i technicznych wynalazków wielką rolę odgrywały i nadal odrywaj...

Pierwsze publikacje i odkrycia

Skromny to ten młodzieniec nie był. Jego pierwsza publikacja wydana 18 kwietnia 1769 r. zaprzeczała ogólnie przyjętym poglądom na temat interpretacji zjawisk elektrycznych. Miał wtedy zaledwie 24 lata, a przeciwstawił się największym ówczesnym autorytetom. Miał jednak szczęście, bo jego koncepcje zostały wsparte przez profesora Uniwersytetu w Turynie Giovanniego Battistę Beccarię, którego uczniem był m.in. Luigi Galvani, badacz, o którym dalej będzie szerzej mowa.

Pierwszym samodzielnie stworzonym przez Voltę narzędziem elektrycznym był wymyślony i skonstruowany w 1775 r. elektrofor. Obecnie to urządzenie nie jest stosowane (chyba że w szkolnych doświadczeniach związanych z elektrostatyką), ale po jego wynalezieniu przez Voltę było ono bardzo wychwalane przez badaczy elektryczności, w tym zwłaszcza przez angielskiego chemika i filozofa Josepha Priestleya. Osiągnięcie to spowodowało, że Volta został mianowany przez hrabiego Firmian stałym profesorem fizyki doświadczalnej w szkołach w Como. Miał wtedy 30 lat.

W 1776 r. pojawiło się kolejne wyzwanie. Na bagnach w pobliżu Angera nad jeziorem Maggiore pojawiały się nocą tajemnicze ogniki, które mieszkańców przerażały, ponieważ uważali oni, że to jakieś groźne duchy. Wszyscy się przed nimi kryli, a Volta w środku nocy poszedł na bagniska ze słoikiem, żeby złapać takiego ducha. Wyprawa była niebezpieczna, bo pomijając już kwestię duchów, chodzenie nocą po bagnach do bezpiecznych zajęć z pewnością nie należy. A jednak Volta pochwycił do słoika i zabrał do swojego laboratorium takiego „ducha”.

W laboratorium stwierdził, że w słoiku ma „łatwopalne powietrze” – coś, czego jeszcze nie znano, a co obecnie znamy jako łatwopalny gaz: metan.

Volta odnalazł potem więcej źródeł metanu w różnych miejscach w okolicy, opublikował w 1777 r. w Mediolanie pracę naukową na temat „łatwopalnego powietrza pochodzącego z bagien” i po raz kolejny postanowił wykorzystać wiedzę naukową do celów praktycznych.

Pistolet i bombarda na gaz

Wybudował pistolet elektroflogopneumatyczny, w którym ładunkiem miotającym pocisk był właśnie odkryty przez niego i gromadzony w dużych ilościach metan. W celu uzyskania wystrzału trzeba było mieszankę metanu i powietrza zapalić. Volta użył do tego iskry elektrycznej z wynalezionego przez siebie wcześniej elektroforu. W ten sposób stał się także prekursorem zapłonu elektrycznego stosowanego obecnie we wszystkich samochodach benzynowych.

Żeby zademonstrować możliwości tej nowej techniki, zbudował także bombardę (armatkę sygnałową) umieszczoną w Mediolanie, napełnianą mieszaniną metanu i powietrza, którą Volta mógł odpalić iskrą elektryczną z elektroforu doprowadzoną z Como do Mediolanu drutami zawieszonymi na słupach. Zbudował też lampę, która mogła się długo palić dzięki zasilaniu z zasobnika metanu (nazywano ją „wieczną lampą Volty”), a także przebadał dokładnie proces spalania metanu za pomocą skonstruowanego przez siebie przyrządu pomiarowego nazwanego eudiometrem.

Czytaj więcej

Historia Polski

Lampę naftową wymyślił Polak!

Specyfika spalania nafty wymagała zbudowania specjalnej konstrukcji – konieczne było odizolowanie...

Efektowne eksperymenty gazem sprawiły, że Habsburgowie, którzy władali wówczas Włochami, postanowili Voltę wynagrodzić. Cesarzowa Maria Teresa Habsburg zasiliła finansowo Uniwersytet w Pawii, w którym Vota był profesorem, a późniejszy cesarz Józef II nakazał budowę ogromnej sali, w której Volta mógł prowadzić wykłady, na które przychodziło mnóstwo ludzi także spoza uniwersytetu. Ponadto cesarz przyznał Volcie znaczne fundusze na wyposażenie laboratorium, które Volta sprowadzał z Anglii i Francji. Ponadto za cesarskie fundusze Volta w latach 1781–1782 odbył podróże do: Szwajcarii, Alzacji, Niemiec, Holandii, Belgii, Paryża i Londynu, gdzie nawiązywał osobiste stosunki z najwybitniejszymi fizykami, m.in. z Buffonem, Laplace’em i Lavoisierem.

Powrót do elektryczności

Sukcesy w obszarze „palnego powietrza” nie zmniejszyły zainteresowania Volty sprawami elektryczności. Wiele różnych zastosowań wynalezionego przez niego elektroforu sprawiło, że był on stale otwarty na nowinki w dziedzinie elektryczności. Nie było więc zaskoczeniem, że w 1780 r. wynalazł kondensator elektryczny (układ dwóch równoległych płytek oddzielonych izolatorem). Volta opisał go jako urządzenie służące do odbierania, gromadzenia, kondensacji w sobie i uwidaczniania nawet najsłabszych ilości energii elektrycznej. Późniejsze zastosowania tego wynalazku zmierzały do gromadzenia w kondensatorze dużych ładunków elektrycznych i ich wykorzystywania. Wcześniej do tego celu służyły tzw. butelki lejdejskie, ale kondensator Volty był o wiele bardziej wygodny w użyciu. Przy okazji badacz musiał zainteresować się pomiarem wielkości ładunku elektrycznego gromadzonego w kondensatorze oraz napięcia, jakie ten ładunek wywoływał pomiędzy wspomnianymi dwoma płytkami (obecnie mówi się o okładzinach kondensatora). Operując pojęciami ładunku i napięcia Volta jako pierwszy zetknął się z problemem przyrządów pomiarowych, które mogą owe wartości mierzyć. W latach 1787–1789 zbudował kolejno: wagę elektrometryczną (do mierzenia wielkości ładunku elektrycznego) oraz elektrometr kondensatorowy do pomiaru wielkości napięcia elektrycznego.

Bateria elektryczna Alessandra Volty. Muzeum Tempio Voltiano w Como, Włochy

Foto: I, GuidoB, CC BY-SA 3.0 <http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/>, Wikimedia Commons

Spór z Galvanim

W 1791 r. Luigi Galvani, profesor uniwersytetu w Bolonii, odkrył, że mięśnie martwej żaby poruszają się podczas jej preparowania i wyraził przypuszczenie (słuszne!), że dzieje się to pod wpływem elektryczności. Volta w 1792 r. napisał publikację, w której wyraził przypuszczenie, że w doświadczeniu Galvaniego kluczowe znaczenie miał fakt użycia dwóch różnych metali: miedzianej pincety, którą badacz operował, i cynowej tacki, na której leżała żaba. Natomiast organizm zwierzęcia, któremu Galvani przypisał obecność „zwierzęcego płynu elektrycznego” pełni w tym przypadku wyłącznie rolę elektrolitu.

Spór dwóch wielkich badaczy przybierał na sile. Obaj publikowali listy wysyłane do znajomych fizyków (np. w 1798 r. Galvani wysłał list do Spallanzaniego, a Volta do Aldiniego).

Odkrycie stosu elektrycznego

W 1799 r. Volta przeprowadził serię eksperymentów, umieszczając w naczyniach napełnionych wodą morską elektrody z różnych metali i uzyskując za każdym razem napięcie elektryczne z owych ogniw. Potem wymyślił, że między płytkami z różnych metali nie potrzeba dawać elektrolitu w postaci płynnej – wystarczy nasączony w elektrolicie krążek bibuły. Gdy się ułoży stos krążków naprzemiennie z różnych metali, poprzekładanych owymi krążkami zmoczonej w elektrolicie bibuły, to powstaje źródło napięcia elektrycznego, z którego można czerpać prąd. To była sensacja i przełom w elektrotechnice! Na tej zasadzie działają do dziś wszystkie baterie elektryczne.

Czytaj więcej

Historia świata

Od chińskiej kostki do komputerów. Jak rozwój technologii zmieniał muzykę?

Specjalistyczne interfejsy i programy komputerowe wykreowały dzisiejszą muzykę elektroakustyczną...

Volta powiadomił o tym swoim wynalazku prezesa Towarzystwa Królewskiego (brytyjskiego), Sir Josepha Banksa, listem datowanym na 20 marca 1800 r. Komunikat ten został opublikowany w czasopiśmie „Philosophical Transactions” pod tytułem: „O elektryczności wzbudzonej przez sam kontakt z przewodzącymi substancjami różnego rodzaju”.

Napoleon wyraża uznanie

W międzyczasie losy walk o zwierzchnictwo nad Włochami pomiędzy Francją a Austrią współdziałającą z Rosją przechyliły się po raz kolejny na stronę Francuzów. Uniwersytet w Pawii wydelegował więc Voltę (i profesora Brugnatellego) do Paryża, żeby złożyli hołd tego uniwersytetu Napoleonowi.