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Geschichte

Luigi GALVANI (1737 - 1798)

unbekannter Autor [Public domain], via Wikimedia Commons
Abb. 1 Luigi GALVANI (1737-1798)

Eine Zufallsentdeckung Galvanis (Anatomieprofessor an der Universität von Bologna) führte zur Entwicklung der Batterien, wie wir sie noch heute in vielfältiger Form verwenden:

Zuckende Froschschenkel

The original uploader was Dr. Manuel at German Wikipedia.Later versions were uploaded by Nikolang at de.wikipedia. [Public domain], via Wikimedia Commons
Abb. 2 Experiment von Galvani

Luigi Galvani beobachtete, dass tote Frösche, die er in der Nähe einer Elektrisiermaschine lagerte zu zucken begannen als er sie mit einem Messer berührte.

Galvani schreibt (Text geringfügig abgeändert):
"Ich secirte einen Frosch, präparierte ihn und legt ihn auf einen Tisch, auf dem eine Electrisirmaschine stand, weit von deren Conductor getrennt. Wie nun der eine von den Leuten, die mir zur Hand gingen, mit der Spitze des Skalpellmessers die inneren Schenkelnerven des Frosches zufällig ganz leicht berührte, schienen sich alle Muskeln an den Gelenken wiederholt derart zusammenzuziehen, als wären sie anscheinend von heftigen tonischen Krämpfen befallen. Der andere aber, welcher uns bei den Electrizitätsversuchen behilflich war, glaubte bemerkt zu haben, dass sich das ereignet hätte, während dem Conductor der Maschine ein Funken entlockt wurde."

Systematische Experimente

Nach der ersten zufälligen Entdeckung stellte Galvani systematische Beobachtungen an und stellte fest, dass die Froschbeine auch zuckten, wenn er sie nur mit zwei verschiedenen Metallen berührte (bei Abwesenheit einer Elektrisiermaschine). Galvani zog daraus - den falschen - Schluss, dass die Ursache für die Bewegung des Froschschenkels in diesem selbst lag. Er bezeichnete die vom Frosch ausgehende Elektrizität als animalische Elektrizität. Erst A. Volta konnte nachweisen, dass kein Unterschied zwischen der animalischen und der "normalen" Elektrizität bestand.

Der Name Galvanis ist heute u. a. durch die Begriffe Galvanismus (Lehre vom galvanischen Strom) und Galvanisieren (durch Elektrolyse mit Metall überziehen) bekannt.

Eine ausführlichere Darstellung der Experimente Galvanis findet man in dem folgenden, gut lesbaren Artikel "Die Frösche Galavanis", den du dir bei Interesse durchlesen kannst.

Eine Seite für Kinder, die aber auch für Schüler lesenswert ist, findest du unter: https://physikforkids.de/geschichte/gulvani-und-volta/alessandro-volta/

Die Frösche Galvanis

public domain
Abb. 3 Galvanis Experiment an Froschbeinen

Es fing damit an, dass der italienische Mediziner Luigi Galvani aus Bologna (1737-1798) am 6. November 1789 in seinem Laboratorium mit seinen Assistenten Versuche mit einer starken Reibungselektrisiermaschine machte. Frau Galvani, die - wie die meisten Italiener - gern in Fett gesottene Froschkeulen ass, war krank und sollte zur Stärkung ein Brühe aus Froschkeulen trinken. Galvani als aufmerksamer Gatte besorgte sofort eine Anzahl Frösche und bereitete sie in seinem Arbeitszimmer zu: Er trennte die Schenkel zusammen mit einem kleinen Teil des Rückens vom Rumpf und zog die Haut ab. Die Nerven, die mit dem kurzen Stück Rückgrat noch verbunden waren, legte er dabei bloss; als Arzt und Professor der Anatomie machte er das schnell und geschickt. Die Assistenten erzeugten am anderen Ende des Tisches mit der Elektrisiermaschine lange Funken. Plötzlich ein Schrei: "Da, der Frosch lebt ja!" Was war geschehen. Galvani hatte die Schenkelnerven eines präparierten Frosches mit einem Messer berührt und dabei die Klinge angefasst; ohne es zu bemerken, war er also mit den Nerven elektrisch verbunden. Der Zufall wollte es, dass zur selben Zeit ein Mitarbeiter die Elektisiermaschine auf demselben Tisch drehte und einen langen Funken zog. Im selben Augenblick "zogen sich alle Muskeln an den Gelenken des Frosches wiederholt derartig zusammen, als wären sie von heftigen Krämpfen befallen", schreibt Galvani im Jahre darauf in seinem Werk "De viribus electricitatis in motu musculari commentarius" ("Beschreibung der elektrischen Kräfte der Muskelbewegung").

Das war ein geschichtlicher Augenblick in der Entwicklung der Naturwissenschaft. Galvani wusste zwar noch nicht, aber er sah das Neue, das Unbekannte; nach dem "Sich-wundern" begann der Forscher folgerichtig mit dem systematischen Beobachten.

Mit der Elektrizität musste die neue Sache zu tun haben. Hielt Galvani das Messer an den Froschnerv, ohne dass die Elektrisiermaschine Funken gab, so geschah nichts. Gab sie aber Funken und Galvanis Hand war nicht durch Anfassen der Klinge oder durch die eiserne Niete, mit denen der beinerne Messergriff befestigt war, so tat sich ebenfalls nichts.

Von der Reibungselektrizität wussten die Gelehrten damals schon eine ganze Menge; sie kannten auch den Unterschied zwischen elektrischen Leitern und Nichtleitern. Mit Hilfe von Metallen und durch den menschlichen Körper konnte man die elektrische Ladung einer Elektrisiermaschine fortleiten; mit Glas, Porzellan, Gummi, Harz, Steinen oder trockenem Holz ging das nicht - und offenbar nicht mit dem beinernen Griff des Messers.

Galvani versuchte das alles; er berührte (während Funken erzeugt wurden) die Nerven des Frosches mit einem Glasstäbchen und dann wieder mit einem Eisenstab. Das Ergebnis blieb das gleiche: Die eine Voraussetzung war, dass eine Elektrisiermaschine in der Nähe als besondere Elektrizitätsquelle die wirksamen Funken lieferte; die andere dass Galvani mit dem Messer den Froschschenkelnerv berührte, also eine Antenne darstellte, mit der die von der Elektrisiermaschiene ausgehende elektrischen Schwingungen aufgefangen wurden. Diese erzeugten im Froschschenkel einen elektrischen Strom, der die Zuckungen hervorrief. Eine verwickelte und noch lange Jahrzehnte hindurch ganz unerklärliche Erscheinung; erst 1888 entdeckte der deutsche Physiker Heinrich Hertz die elektrischen Wellen. Es war gut, dass Galvani sehr bald lernte, die Zuckungen des Froschschenkels mit Hilfe zweier verschiedener Metalle zu erzeugen; auf diesem Wege konnte die frühe Forschung folgerichtig weitergehen und zur Entdeckung der strömendne Elektrizität führen.

Dass die Funken einer Elektrisiermaschine und die Blitze beim Gewitter eng miteinander verwandt waren, wusste man schon. Benjamin Franklin, nordamerikanischer Staatsmann und Physiker (1706-1790), hatte sich mit den natürlichen elektrischen Entladungen bei Gewittern beschäftigt und 1750 den Blitzableiter erfunden. Er hatte auch den Unterschied zwischen positiver und negativer Elektrizität entdeckt und den elektrischen Kondensator erfunden, in dem man die elektrische Ladung speichern kann.

Galvani konnte als Forscher vergleichen und folgern. Er kam sehr bald auf den Gedanken, an Stelle der Funken seiner Elektrisiermaschine den Blitz zu benutzen. Ein kühnes Unterfangen, denn er musste nun eine Art Blitzableiter bauen! Um es vorwegzunehmen: Es ist nichts schlimmes geschehen. Etwas Glück gehört auch zum Forschen!

Galvani spannte oben an seinem Hause eine Eisendraht aus und isolierte ihn gegen die Befestigungsstellen. An diesem Draht hängte er die Froschschenkel an ihren Nerven mit Hilfe von Messinghaken auf. Die Füsse der Frösche verband er durch einen weiteren Eisendraht mit der Erde; dieser Draht reichte bis in das Wasser eines Brunnens. Technisch war das nicht leicht, weil der Erdleitungsdraht mit seinem Gewicht nicht die Froschschenkel abreissen durfte. Galvani war jedoch ein geübter Experimentator mit einer geschickten Hand; er baute den Versuch ohne nennenswerte Schwierigkeiten auf.

Das Experiment gelang. Jedesmal wenn ein Blitzt aufleuchtete, gerieten die Froschmuskeln im selben Augenblick in wiederholte heftige Zuckungen; der Donner kam je nach der Entfernung des Gewitters später an.

Zum Arbeitszimmer Galvanis gehörte ein Balkon mit einem Eisengitter. Auf diesem Balkon stand Galvni, als er seinen Eisendraht anbrachte. Ehe er die Froschschenkel mit den Messinghaken am Eisendraht befestigte, hängte er sie an das Eisengitter des Balkons, um sie sofort zur Hand zu haben. Die Messinghaken waren am Rückgrat der Frösche befestigt, also an den Nerven. Und nun zeigte sich die zweite überraschende Wirkung: Sooft ein Schenkel das Eisengitter berührte, zogen sich die Muskeln zusammen, so wie Galvani das vorher schon auf dem Tisch im Arbeitszimmer beobachtet hatte. Die gleiche Erscheinung - aber jetzt unter anderen Bedingungen; keine Elektrisiermaschine war in Betrieb, kein Gewitter weit und breit, also kein elektrischer Einfluss von aussen.

Diese Beobachtung, so sagte sich Galvani, hängt sicherlich mit den früheren Versuchen zusammen; aber sie zeigte zugleich, etwas Neues. Er beobachtete weiter, dass viele Tage stundenlang vor Froschschenkeln am Balkongitter und wartete auf die Bewegung der Muskeln. Sie zeigte sich aber nur selten und ganz unregelmässig. (Sie zuckten immer, wenn der Wind die Froschschenkel an das Eisengitter schlagen liess und dadurch den "Stromkreis" Messing-Froschschenkel-Eisengitter bildete!) Galvani fand den Grund nicht und wurde schliesslich ärgerlich; er drückte endlich, um noch ein Letztes zu versuchen, die Froschschenkel an das Eisengitter. Da zuckten die Schenkel plötzlich häufig und stark! Den Gedanken, die Luftelektrizität sie daran schuld, schob Galvani bald beiseite, denn er hatte ja selber die Zuckungen ausgelöst. Die Beobachtung ergab statt dessen eindeutig, dass die Schenkel zwischen zwei verschiedenen miteinander verbundenen Metallen liegen mussten, wenn die Zuckungen eintreten sollten.

Galvani hatte damit die Urform des Galvanischen Elements entdeckt und den ersten fliessenden Strom erzeugt. Das eigenartige war, dass der Froschschenkel nicht nur ein Bestandteil dieses stromerzeugenden "Elements" war, sondern den elektrischen Strom durch die Zuckungen zugleich anzeigte. Beides musste zusammentreffen, damit Galvani seine Entdeckungen machen konnte.

Der Entdecker kannte jetzt nur noch eine Aufgabe, weitere Beobachtungen zu machen, die wirkende Kraft und ihr Gesetz zu finden. Er übertrug folgerichtig die Erkenntnisse des Balkonversuches auf eine Versuchsanordnung in seinem Arbeitszimmer. Er legte die Froschschenkel auf eine Eisenplatte (an Stelle des Eisengitters) und berührte mit dem einen Ende des Messinghakens die Platte und mit dem anderen die Froschnerven. Wieder waren die Zuckungen da.

Nun folgten viele systematische Experimente mit verschiedenen Werkstoffen, mit Metallen und Nichtleitern; es blieb bei der Beobachtung, dass zwei verschiedene Metalle Nerv und Fuss (oder Schenkelmuskel) berühren mussten, um Zuckungen hervorzurufen. Dabei war die Stärke der Bewegung abhängig von der Art der Metalle. Nichtleiter liessen keine Bewegung auftreten. Schliesslich legte Galvani eine Silberplatte auf seinen Experimentiertisch und verband seinen Messingdraht mit Platte und Froschnerv. Dabei hielt er seine Schenkel mit den Fingern so hoch, dass der andere mit dem Fuss gerade die Silberplatte berührte. Sofort zogen sich die Muskeln zusammen, und der Kontakt wurde unterbrochen. Dadurch entspannten sich die Muskeln wieder; der Fuss berührte erneut die Platte - und das Spiel begann von neuem. (Wir werden dabei an unsere Hausklingel erinnert.)