В XX в. появились электронные музыкальные инструменты. Первый из них – терменвокс – был изобретен в 1920 г. советским инженером Л. Терменом. В нем звук создавался при помощи электронного генератора звуковых частот, усиленных усилителем и преобразованных громкоговорителем. Высота и сила звука изменялись при помощи вертикального металлического стержня, скрепленного с металлической дугой. Исполнитель управлял инструментом, изменяя положение ладоней: одной – вблизи стержня менялась высота звука, другой – вблизи дуги – громкость. Тембр звука определялся режимом работы генератора.
Электрические инструменты делятся на собственно электроинструменты и адаптированные, т. е. обычные инструменты, снабженные усилителем звука (например электрогитара).
Наркоз
Слово "наркоз" произошло от греческого слова, означающего "оцепенение", "онемение".
Наркоз необходим для блокирования болевых сигналов, идущих от пораженных органов в мозг. Слишком мощный сигнал может насколько перевозбудить один участок мозга, что разладится работа остальных. В результате может произойти остановка сердца или дыхания.
Наркоз ведет свою историю от обезболивания, применявшегося при хирургических операциях в Ассирии, Египте, Индии, Китае и других странах Древнего мира. Первые обезболивающие вещества изготавливались из растений и применялись в виде настоев, отваров и "сонных губок", пропитанных соком белены, конопли, опия, цикуты. Губку смачивали в настойке или поджигали, в результате чего образовывались пары, усыплявшие больных. Кроме того, обезболивание вызывали, сдавливая сосуды шеи и конечностей, выпуская большое количество крови, давая пациенту вино или спирт, применяя холод.
В XII в. в Болонском университете было собрано около 150 рецептов обезболивающих средств. Примерно в 1200 г. Р. Луллий открыл эфир, обезболивающие средства которого описал в 1540 г. Парацельс.
Несмотря на эти исследования, при проведении операций, для того чтобы вызвать потерю сознания, зачастую применяли деревянный молоток-киянку, которым пациента били по голове.
В начале XIX в. английский ученый Г. Деви случайно вдохнул большую дозу закиси азота N2O. При этом он ощутил чрезвычайное возбуждение и опьянение, затанцевал, словно сумасшедший. Узнав о свойствах "веселящего газа", в лабораторию Деви стали приходить респектабельные леди и джентльмены, чтобы подышать удивительным веществом. Веселящий газ действовал по-разному: одни прыгали по столам и стульям, другие говорили без умолку, третьи лезли в драку.
В 1844 г. американский зубной врач X. Уэллс использовал наркотическое действие закиси азота для обезболивания. Сначала он попросил своих ассистентов вырвать у него зуб, используя в качестве наркоза этот газ. При этом он совсем не ощутил боли. В дальнейшем он испробовал этот наркоз на своих пациентах, но публичная демонстрация удаления зуба закончилась провалом: пациент громко закричал то ли от боли, то ли при виде медицинских инструментов. Неудача и насмешки довели стоматолога-новатора до самоубийства.
16 октября 1846 г. Н. И. Пироговым впервые была произведена полостная хирургическая операция под полным эфирным наркозом. В ходе ее было осуществлено полное обезболивание, расслаблены мышцы, исчезли рефлексы. Больной был погружен в глубокий сон, потеряв чувствительность.
14 февраля 1847 г. Н. И. Пирогов сделал первую операцию под эфирным наркозом во 2-м военно-сухопутном госпитале.
Испытав эфиризацию (эфирный наркоз) на здоровых людях, повторно на самом себе, и располагая материалом после 50 операций под эфирным наркозом (используя его в госпитальной и частной практике), Пирогов решил применить эфирный наркоз непосредственно при оказании хирургической помощи на поле сражения.
В этом же году Пирогов осуществил интрахеальный наркоз – введение обезболивающего непосредственно в дыхательное горло.
8 июля 1847 г. Пирогов уезжает на Кавказ, где шла война с горцами, с целью проверить действие эфирного наркоза как обезболивающего средства в больших масштабах. По пути в Пятигорске и Темир-Хан-Шуре Пирогов знакомил врачей со способами эфиризации и провел ряд операций под наркозом. В Оглах, где не было отдельного помещения для операций, Пирогов стал специально оперировать в присутствии других раненых, чтобы убедить их в болеутоляющем действии эфирных паров. Благодаря наглядному примеру другие раненые также безбоязненно подвергались наркозу. Прибыв в Самуртский отряд, Пирогов в примитивном "лазарете" провел около 100 операций. Таким образом, Пирогов первым в мире применил эфирный наркоз на поле сражения. За год Пирогов сделал около 300 операций под эфирным наркозом (всего в России с февраля 1847 г. по февраль 1848 г. их было произведено 690).
4 ноября 1847 г. шотландский врач Дж. Симпсон провел первую операцию под хлороформным усыплением. Первые операции под хлороформным наркозом в России осуществили: 8 декабря 1847 г. Лоссиевский в Варшаве, 9 декабря 1847 г. Поль в Москве, 27 декабря 1847 г. в Санкт-Петербурге в клинике Пирогова.
Пирогов энергично внедрил наркоз в клиническую практику. Он непрерывно работал над усовершенствованием методики и техники наркотизации. Пирогов предложил ректальный способ наркоза (введение эфира в прямую кишку). Для этого великий хирург сконструировал специальный аппарат и улучшил конструкцию существовавших ингаляционных аппаратов.
Изучая эфирный наркоз, Пирогов также вводил эфир в сонную и бедренную артерии, во внутреннюю яремную вену, бедренную и воротную вены. На основании экспериментальных данных Пирогов пришел к выводу, что при впрыскивании жидкого эфира в вену наступает мгновенная смерть.
Метод внутривенного наркоза чистым эфиром не получил распространения. Однако идея Пирогова о возможности введения наркотического средства непосредственно в кровь была претворена в жизнь русскими учеными Н. П. Кравковым и С. П. Федоровым, которые в начале XX в. предложили вводить непосредственно в вену снотворное гедонал.
Вместе с общим наркозом развивалось местное обезболивание. Для этого использовали втирание различных веществ, сдавливание нервных стволов и т. п.
В 1859 г. был открыт кокаин – алкалоид листьев кокаинового куста. Исследования показали, что он обладает обезболивающими свойствами. В 1884 г. русский врач В. К. Анреп предложил использовать кокаин в качестве анестезирующего средства, а в 1884 г. австриец Келлер применил кокаиновое обезболивание при операциях на глазах. Но к сожалению, при длительном приеме кокаин вызывал болезненное привыкание.
Новый этап в местном обезболивании начался с появлением новокаина, созданного на основе кокаина, но не вызывающего привыкания. С введением в практику растворов новокаина стали развиваться различные способы местного обезболивания: инфильтрационная, проводниковая и спинно-мозговая анестезия.
В первой половине XX в. анестезия, наука об обезболивании, стала самостоятельным разделом медицины. Она занимается подготовкой больного к операции, проведением наркоза и наблюдением во время операций и в послеоперационный период.
При проведении наркоза осуществляется контроль за состоянием больного при помощи электроэнцефалографии и наблюдения за пульсом и артериальным давлением. Важным этапом является выход из наркоза, поскольку рефлексы у больных восстанавливаются постепенно и возможны осложнения.
Применение наркоза позволило осуществлять операции на сердце, легких, головном и спинном мозге, ранее невозможные из-за мощного болевого шока. Поэтому врач-анестезиолог не менее важен, чем хирург.
Обработка металлов
Металлы были знакомы человеку начиная с глубокой древности. Об истории применения железа рассказано в отдельной статье.
Здесь же мы расскажем об истории использования различных металлов, как "ветеранов", так и открытых сравнительно недавно.
Первым металлом, который стал использоваться человеком как в чистом виде, так и в сплавах, была медь. Еще в каменном веке, занимаясь поиском подходящих пород, люди стали использовать медные самородки для изготовления мелких изделий путем холодной ковки. Позже их стали ковать, предварительно отжигая.
Холодной ковкой можно было придать форму лишь небольшим предметам – шилам, булавкам, проволоке, крючкам, наконечникам стрел, ножам. Они требовали лишь небольшой ковки и шлифовки. Получить листы из самородной меди нельзя было из-за ее растрескивания.
Одним из первых названий металла было слово "эс", что значит "руда". Первые медные рудники находились на Кипре, откуда готовый продукт вывозили в другие страны. Поэтому медь стали называть "эс киприум" – "металл с Кипра". Позже это название превратилось просто в "купрум".
Следующим этапом был отжиг меди, а позже – ее восстановление из руд. Для восстановления меди из малахита требуется температура не ниже 700–800 °C. А при отжиге меди плавление происходит при температуре 1084 °C. Поэтому, скорее всего, впервые люди открыли процесс восстановления меди из минералов, наносившихся на стенки гончарных изделий для их окраски, случайно, обнаружив кусочки металла на стенках горшков после их обжига. И тогда стали плавить руду намеренно.
Плавку производили в печах примитивного типа: глиняный тигль с рудой и углем помещался в неглубокую ямку с насыпанным поверх нее слоем древесного угля. Так могла быть достигнута температура, необходимая для восстановительной плавки руды и получения расплава меди.
Первые предметы из меди в Египте датируют IV тыс. до н. э. Многие древние медные предметы изготовлены не из чистой меди, а из медно-мышьякового сплава. Присутствие в меди 0,5–8 % мышьяка улучшает ее ковкость в холодном состоянии, дает возможность получить более плотные отливки в рельефных литейных формах. Кроме того, медь, легированная мышьяком, плавится при более низкой температуре. Только при содержании мышьяка выше 8 % пластичность сплава ухудшается, он становится хрупким.
Наибольшее распространение получили сплавы меди с оловом – бронзы. Появление оловянной бронзы ознаменовало начало новой эры в истории человечества – бронзового века.
Добавление олова к меди, начиная с небольших долей, улучшила ее литейные качества, но изменила пластичность сплава. Бронзы, содержащие до 5 % олова, можно ковать и волочить в холодном виде. При дальнейшем повышении содержания олова такая обработка возможна только в горячем виде. При этом увеличивается хрупкость: бронзы, содержащие до 30 % олова, дробятся под молотком.
Небольшая добавка олова к меди незначительно понижает ее температуру плавления: медь, содержащая 5 % олова, плавится при 1050 °C, 10 % – при 1005 °C, 15 % – при 960 °C.
Еще одним распространенным сплавом меди является латунь – сплав меди и цинка в соотношении примерно 2:1. Латунь тверже, чем медь, более износостойка. Она очень ковкая и вязкая, легко прокатывается в тонкие листы, вытягивается в проволоку, выштамповывается в разнообразные формы. Она сравнительно легко плавится и отливается при температурах ниже температуры плавления меди.
Сейчас медь является одним из наиболее широко применяемых металлов. Современные бронзы не всегда содержат олово, его место заняли алюминий, кремний, свинец, бериллий. Широко используются медно-никелевые сплавы, в которые иногда добавляют кобальт.
Особенно важна медь для электротехники. По электропроводности она занимает второе место среди металлов, уступая лишь серебру. Но из-за дефицита меди провода чаще делают из алюминия.
Наряду с медью, одним из первых металлов, которые стал использовать человек, является золото. Как и медь, золото встречается в самородном виде, но гораздо реже. В древности его добывали из аллювиальных песков и гравия, представляющих собой продукты разрушения золотоносных пород. Позже его добывали также из золотоносных жил, пронизывающих кварцевые породы. Такое золото называется "жильным".
Грек Агатархид во II в. н. э. описал добычу золота на рудниках в Египте. Сначала раскалывали скалу, в которой находились жилы, затем обломки породы нагревали огнем, резко охлаждали водой и дробили непосредственно в шахтах. Раздробленную породу толкли в каменных ступках до размеров гороха, потом ручными мельницами размалывали в порошок. Золото отделяли, промывая порошок водой на наклонной плоскости, после чего полученный металл сплавляли в слитки.
Самородное золото обычно содержит примеси, в основном серебро и медь. В Древнем Египте его очищали, нагревая со свинцом, оловом, солью и ячменными отрубями. Плиний Старший писал об извлечении золота с помощью ртути. Для этого золотоносную руду дробили и смешивали с ртутью, отделяли породу от ртутно-золотой смеси, фильтруя через кожаный или замшевый фильтр. Из образовавшейся амальгамы получали золото, выпаривая ртуть.
В древности золотые изделия изготавливали ковкой или литьем. Тогда широко применялось листовое золото, которым покрывали различные предметы, как металлические, так и деревянные. Фольгу накладывали и укрепляли с помощью пайки на медь, бронзу, серебро. Изделия из меди покрывали золотом для предотвращения коррозии. Золотой фольгой покрывали деревянную мебель. Уже в античности из листового золота делали зубные коронки.
В Египте применялись изделия из природного сплава золота с серебром. Египтяне называли его азем, греки – электрон, а римляне – электрум.
Долгое время золото применялось для производства драгоценностей, монет. Из-за малой износостойкости применялось не чистое золото, а его сплавы с серебром и медью.
Сейчас золото добывают из руд, в которых на тонну породы приходится несколько граммов драгоценного металла. Важнейшим промышленным способом его добычи стало цианирование: измельченную породу обрабатывают раствором цианида натрия. Золото переходит в раствор в виде комплексного соединения.
Кроме производства ювелирных изделий и монет золото применяется в электротехнике.
Серебро, несмотря на то что встречается в природе в 15–20 раз чаще золота, значительно реже находится в виде самородков. Помимо того, серебряные самородки покрыты черным налетом сульфида. Все это обусловило более позднее открытие серебра человеком. По этой причине поначалу оно было более редким и ценным, чем золото.
Широкие разработки серебра началось, когда его стали добывать из руд, где встречались серебро и свинец.
В течение длительного времени из серебра делали украшения – бусы, кольца, вазы, сосуды. Из серебра, как и из золота, изготавливали тонкие листы и фольгу, которыми покрывались деревянные предметы. Позднее серебро использовалось для чеканки монет.
Люди знали об антисептических свойствах серебра – вода, налитая в серебряные сосуды, обеззараживалась от болезнетворных микробов.
В XIX–XX вв. соли серебра стали применяться для изготовления светочувствительного слоя фото– и кинопленки.
Свинец сначала добывали, выплавляя руду на костре в неглубокой яме, на дно которой стекал расплавленный металл. Сырьем для получения свинца служил минерал галенит или свинцовый блеск. Его применяли для очистки золота. Высокая пластичность металла не позволяла использовать его самостоятельно. Из свинца и его сплавов с оловом и сурьмой отливали фигурки, рыболовные грузила, кольца, бусы, украшения, пробки, посуду, водопроводные трубы, саркофаги. Свинцом заполняли полости бронзовых статуэток и гири для весов. Основное применение свинца в древности – закупоривание сосудов.
Растертый в пудру свинцовый блеск применялся на Востоке для подведения глаз. В Египте соединения свинца применялись для окрашивания стекол в желтый цвет.
В Средние века низкая температура плавления (327 °C) позволяла отливать из свинца пули для ружей и пистолетов.
В наши дни свинец применяется в производстве аккумуляторов, из него делают оболочки кабелей. Свойство свинца поглощать рентгеновские и радиоактивные лучи используется для защиты от излучения.
Олово впервые было получено из природной двуокиси – касситерита – путем выплавки с древесным углем. О получении бронзы путем добавления к меди олова было рассказано выше. Хорошие литейные свойства олова позволили изготавливать из него посуду, а начиная с XVIII в. – популярных до сих пор оловянных солдатиков. С появлением консервов олово стали применять для покрытия жести, из которой делают консервные банки. В электротехнике оловянные припои применяют для пайки проводов.
Существуют две модификации олова: α– и β-олово. При комнатной температуре существует β-олово. Это белое вещество. При температуре ниже 13 °C более устойчиво α-олово – серый мелкокристаллический порошок. Процесс превращения белого олова в серое проходит при температуре –33 °C. Оно получило название "оловянной чумы". Считается, что именно эта "болезнь" послужила причиной гибели полярной экспедиции экспедиции Р. Скотта к Южному полюсу. Путешественники остались без горючего, просочившегося через пораженные "чумой" швы баков.
Третий из металлов, считающихся драгоценными, – платина, был открыт на несколько тысячелетий позже золота и серебра. В переводе с испанского "платина" означает "серебришко". Так испанцы презрительно называли тяжелый белый нержавеющий металл, часто встречавшийся им на серебряных рудниках в Южной Америке.
Большое количество платины было вывезено в Испанию, где ее продавали по цене более низкой, чем серебро. Недобросовестные ювелиры примешивали ее к золоту и изготавливали из платины фальшивые монеты. Это привело к тому, что испанский король издал указ о запрете ввоза платины в страну и уничтожении всего оставшегося количества платины. Все запасы металла в Испании и колониях были утоплены в море.
В 1744 г. испанский морской офицер А. де Ульоа привез образцы платины в Лондон. Это вызвало интерес у ученых. В середине XVIII в. платина была признана самостоятельным металлом.
Похожая на серебро внешне и способностью не ржаветь, платина долгое время не поддавалась ни огню, ни молоту. Из-за высокой температуры плавления – (1769 °C) ее долго не могли расплавить. Температуру плавления металла снижали добавки мышьяка. Этот прием, в частности, использовал французский ювелир М.-Э. Жанетти, изготавливавший изделия из платины.
После введения метрической системы мер в конце XVIII в. во Франции из платины изготовляли эталоны метра и килограмма. Позже их стали делать из сплава платины и металла платиновой группы – иридия.
Русский ученый А. А. Мусин-Пушкин разработал и ввел новые методы аффинажа платины – металлургического процесса получения металла высокой степени чистоты путем отделения примесей. Схема аффинажа платины основывалась на растворении сырой (шлаковой) платины в "царской водке" – смеси азотной и соляной кислот – и на последовательном осаждении нашатырем платины из раствора.
В середине XIX в. в России были отчеканены монеты из платины.