Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Majutatud aadressil http://www.allbest.ru/

1. Elekter

2. Ajalugu

4. Elekter looduses

1. Elekter

Elekter - nähtuste kogum, mis on tingitud elektrilaengute olemasolust, vastasmõjust ja liikumisest. Mõiste võttis kasutusele inglise loodusteadlane William Gilbert oma essees “Magnetist, magnetkehadest ja suurest magnetist – Maast” (1600), milles selgitatakse magnetkompassi tööd ja kirjeldatakse mõningaid katseid elektrifitseeritud kehadega. Ta leidis, et ka teistel ainetel on omadus elektrifitseerida.

2. Ajalugu

Üks esimesi elektrit äratas 7. sajandil eKr kreeka filosoofi Thalese tähelepanu. e., kes avastas, et villal kantud merevaik (vanakreeka keeles? lekfspn: elektron) omandab kergeid esemeid ligitõmbavad omadused. Kuid elektrialased teadmised ei ulatunud sellest mõttest pikka aega kaugemale. Aastal 1600 ilmus mõiste elekter (“merevaigukollane”) ise ja 1663. aastal lõi Magdeburgi burgomeister Otto von Guericke metallvardale kinnitatud väävlikuuli kujul elektrostaatilise masina, mis võimaldas jälgida mitte ainult mõju. külgetõmbe, aga ka tõrjumise mõju. 1729. aastal viis inglane Stephen Gray läbi katseid elektri edastamise kohta vahemaa tagant, avastades, et kõik materjalid ei edasta elektrit ühtemoodi. 1733. aastal tegi prantslane Charles Dufay kindlaks kahte tüüpi elektri, klaasi ja vaigu olemasolu, mis ilmnesid klaasi hõõrumisel siidi ja vaigu vastu villa. 1745. aastal loob hollandlane Pieter van Mushenbroek esimese elektrikondensaatori – Leideni purgi.

Esimese elektriteooria on loonud ameeriklane B. Franklin, kes käsitleb elektrit "immateriaalse vedelikuna", vedelikuna ("Experiments and Observations on Electricity", 1747). Samuti tutvustab ta positiivse ja negatiivse laengu mõistet, leiutab piksevarda ning tõestab selle abil välgu elektrilist olemust. Elektri uurimine läheb täppisteaduse kategooriasse pärast Coulombi seaduse avastamist 1785. aastal.

Lisaks avaldas itaallane Galvani 1791. aastal traktaadi lihaste liikumise elektrijõudude kohta, milles ta kirjeldas elektrivoolu olemasolu loomade lihastes. Teine Itaalia Volta 1800. aastal leiutab esimese alalisvooluallika – galvaanilise elemendi, mis on tsingist ja hõbedast ringidest koosnev sammas, mis on eraldatud soolaga maitsestatud vees leotatud paberiga. 1802. aastal avastas Vassili Petrov voltkaare.

Michael Faraday - elektromagnetvälja teooria rajaja

1820. aastal avastas Taani füüsik Oersted elektromagnetiline interaktsioon. Vooluahelat sulgedes ja avades nägi ta juhi lähedal asuva kompassinõela kõikumisi. Prantsuse füüsik Ampère tegi 1821. aastal kindlaks, et seost elektri ja magnetismi vahel täheldatakse ainult elektrivoolu korral ja see puudub staatilise elektri puhul. Joule'i, Lenzi, Ohmi teosed laiendavad arusaama elektrist. Gauss sõnastab elektrostaatilise välja teooria põhiteoreemi (1830).

Faraday avastab Oerstedi ja Ampère’i uurimistöö põhjal 1831. aastal elektromagnetilise induktsiooni fenomeni ja loob selle põhjal maailma esimese elektrienergia generaatori, libistades magnetiseeritud südamiku mähisesse ja fikseerides voolu esinemise mähise keerdudes. Faraday avastab elektromagnetilise induktsiooni (1831) ja elektrolüüsi seadused (1834), tutvustab elektri- ja magnetvälja mõistet. Elektrolüüsi nähtuse analüüs viis Faraday mõttele, et elektriliste jõudude kandja ei ole ükskõik milline elektrilised vedelikud ja aatomid on aineosakesed. "Aine aatomid on mingil moel varustatud elektriliste jõududega," ütleb ta. Faraday elektrolüüsi uuringud mängisid moodustamisel olulist rolli elektrooniline teooria. Faraday lõi ka maailma esimese elektrimootori – ümber magneti pöörleva vooluga juhtme. Elektromagnetismi uurimise krooniks oli inglise füüsiku D. K. Maxwelli elektromagnetiliste nähtuste teooria väljatöötamine. Ta tuletas võrrandid, mis ühendasid välja elektrilised ja magnetilised omadused 1873. aastal.

Pierre Curie avastas piesoelektri 1880. aastal. Samal aastal näitas D. A. Lachinov elektri edastamise tingimusi pikkade vahemaade taha. Hertz registreerib eksperimentaalselt elektromagnetlaineid (1888).

1897. aastal avastas Joseph Thomson elektri materiaalse kandja – elektroni, mille kohale aatomi struktuuris juhtis hiljem tähelepanu Ernest Rutherford.

20. sajandil loodi kvantelektrodünaamika teooria. 1967. aastal astuti veel üks samm elektri uurimise suunas. S. Weinberg, A. Salam ja S. Glashow lõid ühtse elektronõrga interaktsiooni teooria.

Elektrilaeng on kehade omadus (kvantifitseeritud füüsiline kogus samanimeline), mis väljendub eelkõige võimes luua enda ümber elektrivälja ja selle kaudu mõjutada teisi laetud (ehk elektrilaengut omavaid) kehasid. Elektrilaengud jagunevad positiivseteks ja negatiivseteks (valikut, millist laengut nimetada positiivseks ja millist negatiivset, peetakse teaduses puhtalt tinglikuks, kuid see valik on juba ajalooliselt tehtud ja nüüd on – ehkki tinglikult – igale laengule määratud väga konkreetne märk. tasud). Sama märgiga laenguga laetud kehad tõrjuvad ja vastupidiselt laetud kehad tõmbavad ligi. Kui laetud kehad liiguvad (nii makroskoopilised kehad kui ka mikroskoopilised laetud osakesed, mis kannavad elektrit juhtides) tekib magnetväli ja seega toimuvad nähtused, mis võimaldavad tuvastada elektri ja magnetismi (elektromagnetismi) seost (Oersted, Faraday, Maxwell). Aine struktuuris läheb elektrilaeng kui kehade omadus tagasi laetuks elementaarosakesed Näiteks elektronil on negatiivne laeng, prootonil ja positronil aga positiivne laeng.

Kõige üldisem fundamentaalteadus, mille teemaks on elektrilaengud, nende vastastikmõju ning nende poolt tekitatud ja neile mõjuvad väljad (st katab peaaegu täielikult elektriteema, välja arvatud sellised detailid nagu elektrilised omadused spetsiifilised ained, näiteks elektrijuhtivus (jne) – see on elektrodünaamika. Elektromagnetväljade, laetud osakeste (jne) kvantomadusi uurib kõige sügavam kvantelektrodünaamika, kuigi mõnda neist saab seletada lihtsamate kvantteooriatega.

4. Elekter looduses

Elektrienergia silmatorkav ilming looduses on välk, mille elektriline olemus pandi paika 18. sajandil. Välk on pikka aega põhjustanud metsatulekahjusid. Ühe versiooni kohaselt viis välk aminohapete esialgse sünteesini ja elu tekkimiseni maa peal (Milleri eksperiment – ​​Urey ja Oparini teooria – Haldane).

Protsesside jaoks närvisüsteem inimeste ja loomade puhul on läbilaskevõime sõltuvus ülioluline rakumembraan naatriumioonide jaoks rakusisese keskkonna potentsiaali kohta. Pärast pinge tõstmist rakumembraanil avaneb naatriumikanal suurusjärgus 0,1-1,0 ms, mis toob kaasa pinge järsu tõusu, seejärel taastub potentsiaalide erinevus membraani ulatuses algse väärtuseni. Kirjeldatud protsessi nimetatakse lühidalt närviimpulssiks. Loomade ja inimeste närvisüsteemis edastatakse informatsioon ühest rakust teise närviimpulsid ergastus kestusega umbes 1 ms. Närvikiud on elektrolüüdiga täidetud silinder. Ergastussignaal edastatakse ilma amplituudi vähenemiseta, mis on tingitud membraani naatriumioonide läbilaskvuse mööduvast suurenemisest.

Paljud kalad kasutavad elektrit enda kaitsmiseks ja vee all saagi otsimiseks. Lõuna-Ameerika elektriangerja pingelahendused võivad ulatuda 500-voldini. Elektrilise rambi tühjendusvõimsus võib ulatuda 0,5 kW-ni. Haid, silmud ja mõned sägavad kasutavad saagi leidmiseks elektrit. Kala elektriorgan töötab mitmesaja hertsi sagedusel ja tekitab mitmevoldise pinge. Elektrivälja püüavad kinni elektroretseptorid. Vees olevad esemed moonutavad elektrivälja. Nende moonutuste kohaselt liiguvad kalad mudases vees kergesti.

5. Pilt elektrist kultuuris

Mütoloogias on jumalaid, kes on võimelised piksenooleid viskama: kreeklastel on Mari panteonist Zeus, Jupiter, Volgenche, Agni on hindude jumal, kelle üks vorme on välk, Perun on muistses vene keeles äikesejumal. Panteon, Thor on Põhjamaade mütoloogias äikese- ja tormide jumal.

Mary Shelley oli üks esimesi, kes püüdis elektri kujundit mõista draamas Frankenstein ehk kaasaegne Prometheus, kus see ilmub jõuna, mida saab kasutada surnukehade taaselustamiseks. Disney multikas Black Cape on elektriga toimetav antikangelane Megavolt ning Jaapani animatsioonis ja mängudes elektrilised Pokémonid (tuntuim neist on Pikachu).

6. Tootmine ja praktiline kasutamine

faraday elektri loodustasu

Põlvkond ja edastamine

Varased katsed antiikajal, näiteks Thalese katsed merevaigupulkadega, olid tegelikult esimesed katsed uurida elektrienergia tootmisega seotud küsimusi. Seda meetodit tuntakse nüüd triboelektrilise efektina ja kuigi see võib kergeid objekte ligi tõmmata ja sädemeid tekitada, on see tegelikult äärmiselt ebaefektiivne. Funktsionaalne elektriallikas ilmus alles 18. sajandil, kui leiutati esimene seade selle tootmiseks - voltaic kolonn. Tema ja tema kaasaegne versioon, elektriaku, on elektrivoolu keemilised allikad: nende töö aluseks on elektrolüüdis olevate ainete koostoime. Aku annab võimaluse vajadusel elektrit vastu võtta, on multifunktsionaalne ja laialt levinud toiteallikas, mis sobib hästi kasutamiseks erinevates tingimustes ja olukordades, kuid selle energiavarustus on piiratud ning viimase tühjenemise järel aku vajab väljavahetamist või laadimist. Märkimisväärsemate vajaduste rahuldamiseks tuleb pidevalt toota ja elektriliinide kaudu edastada suuremahulist elektrienergiat.

Tavaliselt kasutatakse selle genereerimiseks elektromehaanilisi generaatoreid, mis töötavad kas fossiilkütuste põletamise või tuumareaktsioonide energia või õhu- või veevoolu jõu abil. Kaasaegne auruturbiin, mille leiutas C. Parsons 1884. aastal, toodab praegu üht või teist kütteallikat kasutades ligikaudu 80% kogu maailma elektrienergiast. Need seadmed ei meenuta enam Faraday unipolaarset ketasgeneraatorit, mille ta lõi 1831. aastal, kuid põhinevad siiski tema poolt avastatud elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel – elektrivoolu tekkimisel suletud vooluring kui see muutub magnetvoog seda läbides. lähemale XIX lõpus sajandil leiutati trafo, mis võimaldas tõhusamalt elektrit edastada kõrgema pinge ja väiksema voolutugevusega. Energiaülekande efektiivsus võimaldas omakorda toota elektrit tsentraliseeritud elektrijaamades viimaste hüvanguks ja seejärel suunata see üsna pikkade vahemaade taha lõpptarbijateni.

Tuule kineetilisest energiast elektri saamine kogub populaarsust paljudes maailma riikides

Kuna elektrienergiat on keeruline salvestada sellistes kogustes, millest riigi mastaabis piisaks, tuleb saavutada tasakaal: toota täpselt nii palju elektrit, kui palju tarbivad kasutajad. Selleks peavad elektriettevõtted koormust hoolikalt prognoosima ja tootmisprotsessi oma elektrijaamadega pidevalt kooskõlastama. Samal ajal hoitakse teatud kogus võimsust varuks, et kindlustada elektrivõrk probleemide või energiakadude korral.

Moderniseerimise edenedes ja riigi majanduse arenedes kasvab nõudlus elektri järele kiiresti. Eelkõige Ameerika Ühendriikide puhul oli see näitaja 20. sajandi esimesel kolmandikul 12% aastas ja praegu on samasugust edu täheldatud kiiresti arenevates majandustes, nagu Hiina ja India. Ajalooliselt on elektrinõudluse kasv ületanud sarnaseid näitajaid muud tüüpi energiakandjate puhul. Samuti tuleb märkida, et mure elektritootmise mõju pärast keskkond on viinud keskendumiseni elektri tootmisele taastuvate allikate – eriti tuule- ja veeenergia – abil.

Rakendus

elektrilamp

Elektri kasutamine on üsna mugav viis võimsuse edastamiseks ning sellisena on seda kohandatud olulisele ja üha kasvavale hulgale praktilistele rakendustele. Üks esimesi avalikke elektrikasutusi oli valgustus; tingimused selleks loodi pärast hõõglambi leiutamist 1870. aastatel. Kuigi elektrifitseerimisel oli oma riske, on lahtise leegi asendamine elektrivalgustusega oluliselt vähendanud tulekahjude arvu kodudes ja töökohtades.

Üldiselt on alates 19. sajandist elekter tihedalt integreeritud kaasaegse tsivilisatsiooni ellu. Elektrit ei kasutata mitte ainult valgustamiseks, vaid ka teabe edastamiseks (telegraaf, telefon, raadio, televisioon), samuti transpordis aktiivselt kasutatavate mehhanismide (elektrimootori) käivitamiseks (tramm, metroo, trollibuss, elekter). rong) ja kodumasinates (triikraud, köögikombain, pesumasin, nõudepesumasin).

Elektri saamiseks on loodud elektrigeneraatoritega varustatud elektrijaamad ning selle salvestamiseks - akud ja elektripatareid.

Tänapäeval kasutatakse elektrit ka materjalide saamiseks (elektrolüüs), nende töötlemiseks (keevitamine, puurimine, lõikamine), kurjategijate tapmiseks (elektritool) ja muusika loomiseks (elektrikitarr).

Elektrivoolu soojusefekti Joule-Lenzi seadus määrab ruumide elektrikütte võimalused. Kuigi see meetod on üsna mitmekülgne ja annab teatud määral juhitavust, võib seda pidada tarbetult ressursimahukaks – tulenevalt sellest, et selles kasutatud elektrienergia tootmine on juba eeldanud elektrijaamas soojuse tootmist. Mõnes riigis, näiteks Taanis, nad isegi adopteerisid seadusandlikud normid elektrikütte kasutamise piiramine või täielik keelamine uutes kodudes. Samas on elekter praktiline jahutusenergia allikas ning üks kiiresti kasvavaid elektrinõudluse valdkondi on kliimaseadmed.

Bibliograafia

1. Borgman I.I. – "Elekter"

2. Matveev A. N. - "Elekter ja magnetism"

3. Paul R. V. - "Elektriõpetus"

4. Tamm I. E. - "Elektriteooria alused"

5. Franklin V. - "Eksperimendid ja tähelepanekud elektri kohta"

Majutatud saidil Allbest.ru

...

Sarnased dokumendid

Elekter - nähtuste kogum, mis on tingitud elektrilaengute olemasolust, vastasmõjust ja liikumisest. Elektri avastamine: loodusteadlaste Franklini, Galvani, Volta, Ampère'i, Coulombi, Oerstedi, Faraday, Gilberti tööd ja teooriad.

esitlus, lisatud 29.01.2014


Välgu olemus ja selle mõõtmise meetodid. Staatilise elektri tekkimine liikumatute laengute kogunemise tõttu. Keravälk nagu sfääriline gaasilahendus, mis tekib siis, kui tavaline välk tabab. Elektriliste nähtuste avaldumine eluslooduses.

abstraktne, lisatud 20.10.2009


Bioelektriliste nähtuste uurimine, elektrogeneesi avastamine. Ideede arendamine "loomse elektri" olemuse kohta. Bioelektriliste nähtuste mehhanismid. Bernsteini membraani-iooniline teooria. Kaasaegsed vaated bioelektriliste nähtuste olemuse kohta.

abstraktne, lisatud 20.04.2012


Elektri avastamise ja uurimise ajalugu. Elektrilaengu tekkimine ja avaldumine looduses. liikuvad laengud. Pinge ja elektrivool. Hõõrdumisest tuleneva elektri ehk staatilise elektri kasutamine.

abstraktne, lisatud 08.05.2008


Teaduslik tegevus M. Faraday – elektromagnetvälja õpetuse rajaja. Elektrivoolu keemilise toime tuvastamine, elektri ja magnetismi seos, magnetism ja valgus. Elektromagnetilise induktsiooni nähtuse avastamine.

esitlus, lisatud 06.04.2010


Elektriteaduse arenguetapid. Elektrinähtuste teooria. Füüsika ja elusorganismid, nende seos. Elekter erinevates elusorganismide klassides. Kahepaiksete elektrivoolu uurimine, Galvani, Alexander Volta katsed.

abstraktne, lisatud 20.12.2010


Fundamentaalsed vastasmõjud looduses, nende Võrdlevad omadused: gravitatsiooniline, elektromagnetiline. Elektrostaatika kui elektriõpetuse haru, mis uurib laengusüsteemide vastastikmõjusid ja omadusi. Coulombi seaduse sõnastus.

esitlus, lisatud 22.08.2015


Elektrostaatilise elektri nähtuse olemus ja füüsikaline põhjendus, selle uurimise etapid. Benjamin Franklini ja Coulombi roll selle teadmusvaldkonna arendamisel. Charles Augustin de Coulombi seadus ja valem, selle arendamise viisid ja tõestus.

esitlus, lisatud 29.11.2010


Vortex elektriväli. Maxwelli võrrandite integraalvorm. Elektriliste ja magnetiliste nähtuste ühtne teooria. Nihkevoolu mõiste. Maxwelli postulaat, mis väljendab elektriväljade tekkimise seadust laengute toimel suvalises keskkonnas.

esitlus, lisatud 24.09.2013


Põhilised vastasmõjud looduses. Elektrilaengute vastastikmõju. Elektrilaengu omadused. Elektrilaengu jäävuse seadus. Coulombi seaduse sõnastus. vektori kuju ja füüsiline tähendus Coulombi seadus. Superpositsiooni põhimõte.

Elekter pole ainult meie tsivilisatsiooni omand, kalad on õppinud seda kasutama juba ammu enne inimeste ilmumist. Elektrikiirel, angerjal ja enam kui 300 liigil on elektrilised elundid, mis on modifitseeritud lihased. Need elundid on võimelised genereerima kuni 5 kilovatiseid impulsse ja kuni 1200-voldist potentsiaalivahet, mis võib olla inimestele äärmiselt ohtlik. Kalad kasutavad neid elundeid mitmel viisil: jahtimiseks, saagiks meelitamiseks, navigeerimiseks ja isegi veest hapniku tootmiseks, et hingata.

Niiluse elevant ja Amazonase nugakala kasutavad elektriorganeid ainult navigeerimiseks, sarnaselt sellele, kuidas nahkhiired kajalokatsiooni abil navigeerivad. Need tekitavad enda ümber nõrga elektrivälja ja sinna sattuv objekt põhjustab moonutusi, mis sõltub selle juhtivusest. Neid kalade moonutusi loevad naha elektroretseptorid ja tõlgendavad need marsruudi koostamiseks. Midagi metallidetektori sarnast.

Elektriangerjas on mageveekala, nad on võimelised tekitama kõige võimsamaid elektrilahendusi, loomulikult kasutatakse sellist jõudu relvana röövloomade ja ohvrite uimastamiseks. Akne on muutunud eriti populaarseks Victoria ajastu kui teadlased hakkasid elektri vastu huvi tundma. Elektrisäga, ka magevee elanik, ja nagu angerjas kasutab seda organit relvana. Tänu elektrilahendusele, mis lagundab veemolekulid hapnikuks ja vesinikuks, rikastub nende kalade ümbritsev vesi hapnikuga, mis meelitab veelgi potentsiaalset saaki. Nende magevee kiskjate heitmed on inimestele ohtlikud, nad võivad tappa või mitte, kuid see on väga valus.

Elektriline rai - mereelanik, äärmiselt halva nägemisega, mis kompenseerib elektrivastuvõtuga, lisaks elektrilahendustega orienteerumisele suudavad need kõhrelised kalad piisavalt tappa suur ohverdus. Samuti väga ohtlik.

Need on vaid kõige kuulsamad elektriorganite omanikud, kuid nende mitmekesisus on tõeliselt tohutu ja äärmiselt huvitav.

Elektriorganid on osutunud nii kasulikuks, et kalad on oma eksisteerimise jooksul 6 korda iseseisvalt arenenud (vastavalt ajakirjas Science avaldatud viimastele geeniuuringutele)! Kuid vaatamata sellele on elektrootsüütide (elektrienergia tootmise eest vastutavate rakkude) moodustumisel osalevad geenirühmad kõigil liikidel väga sarnased, teisisõnu kasutasid nad samu geneetilisi tööriistu, et muuta lihasrakud rakutasandil spetsiifilisteks rakkudeks. arengu algstaadiumis.elektrilise organi struktuurid. Kõigil lihasrakkudel (mitte ainult kaladel) on elektripotentsiaal ja kokkutõmbumise ajal saab keha pinnale registreerida väikese elektripinge. Just seda potentsiaalide erinevust mõõdetakse näiteks elektrokardiogrammi tegemisel. Umbes 100 miljonit aastat tagasi õppisid kalad seda potentsiaali korrutama, muutes lihasrakud palju suuremateks elektrotsüüdideks. Üheskoos on need rakud võimelised tekitama väga võimsaid laenguid.

(Lindsay Block ehk biooniline naine)
Sellistel uuringutel on ka rakenduslik väärtus. Kui mõistame, kuidas elektrotsüüdid moodustuvad molekulaarsel tasandil, saame seda kasutada biotehnoloogias, et luua "elusaid patareisid", mis võivad toita bioonseid proteese ja muid meditsiiniseadmeid, mis parandavad inimeste elukvaliteeti. Mõelda vaid – elektroonikat, mille toiteallikaks on inimkeha ise ja patareisid pole vaja!

slaid 2

Elektrilise nähtuse avastamise ajalugu

Esimest korda juhtis Thales Mileetusest tähelepanu elektrilaengule aastal 600 eKr. Ta avastas, et villal kantav merevaik omandab omadused, mis tõmbavad ligi kergeid esemeid: kohevaid, paberitükke. Hiljem arvati, et see omadus on ainult merevaigul. IN seitsmeteistkümnenda keskpaik sajandil töötas Otto von Garike välja elektrilise hõõrdemasina. Lisaks avastas ta unipolaarselt laetud objektide elektrilise tõrjumise omaduse ning 1729. aastal avastas inglise teadlane Stephen Gray kehade jagunemise elektrivoolu juhtideks ja isolaatoriteks. Peagi jõudis kolleeg Robert Simmer oma siidsukkade elektriseerumist jälgides järeldusele, et elektrilised nähtused on tingitud kehade jagunemisest positiivseks ja negatiivseks laenguks. Kehad põhjustavad üksteise vastu hõõrdudes nende kehade elektriseerumist ehk elektriseerumis on sama tüüpi laengu kuhjumine kehale ja sama märgi laengud tõrjuvad üksteist ning keha laengud. vastasmärgid tõmbuvad üksteise poole ja kompenseerivad ühendamisel, muutes keha neutraalseks (laadimata). 1729. aastal tegi Charles Du Fay kindlaks, et süüdistusi on kahte tüüpi. Dufay tehtud katsed ütlesid, et üks laengutest tekib klaasi hõõrumisel vastu siidi ja teine ​​siis, kui vaigu hõõruda vastu villa. Positiivse ja negatiivse laengu mõiste võttis kasutusele saksa loodusteadlane Georg Christoph. Esimene kvantitatiivne uurija oli laengute vastasmõju seadus, mille 1785. aastal katseliselt kehtestas Charles Coulomb, kasutades tema väljatöötatud tundlikku torsioonbilanssi.

slaid 3

Miks elektrifitseeritud inimeste juuksed tõusevad?

Juuksed elektristuvad sama laenguga. Nagu teate, tõrjuvad samanimelised laengud üksteist, nii et juuksed, nagu pabersultani lehed, lahknevad igas suunas. Kui mõni juhtiv keha, sealhulgas inimese keha, on maapinnast isoleeritud, saab seda laadida suure potentsiaaliga. Niisiis saab elektrostaatilise masina abil inimkeha laadida kümnete tuhandete voltide potentsiaalini.

slaid 4

Kas inimese kehale asetatud elektrilaeng mõjutab sel juhul närvisüsteemi?

Inimkeha- elektrijuht. Kui see on maast isoleeritud ja laetud, asub laeng eranditult keha pinnal, nii et suhteliselt suure potentsiaaliga laadimine ei mõjuta närvisüsteemi, kuna närvikiud on naha all. Elektrilaengu mõju närvisüsteemile on tunda tühjenemise hetkel, mil toimub laengute ümberjaotumine kehas. See ümberjaotumine on lühiajaline elektrivool, mis ei liigu mitte pinnal, vaid keha sees.

slaid 5

Miks istuvad linnud karistamatult kõrgepinge ülekandejuhtmetel?

Traadil istuva linnu keha on keti haru, mis on paralleelselt ühendatud linnu jalgade vahelise juhi lõiguga. Kui vooluahela kaks sektsiooni on ühendatud paralleelselt, on nendes olevate voolude suurus pöördvõrdeline takistusega. Linnu keha takistus on väikese pikkusega juhi takistusega võrreldes tohutu, mistõttu vooluhulk linnu kehas on tühine ja kahjutu. Samuti tuleb lisada, et linnu jalgade vahelise ala potentsiaalne erinevus on väike.

slaid 6

Kala ja elekter.

Kalad kasutavad heidet: oma tee valgustamiseks; ohvri kaitsmiseks, ründamiseks ja uimastamiseks; - edastavad üksteisele signaale ja tuvastavad takistused eelnevalt

Slaid 7

Tuntumad elektrikalad on elektriangerjas, elektriraik ja elektrisäga. Nendel kaladel on elektrienergia kogumiseks spetsiaalsed organid. Siin on kokku võetud tavalistes lihaskiududes tekkivad väikesed pinged, mis on tingitud paljude üksikute elementide järjestikusest kaasamisest, mis on ühendatud närvide abil, nagu juhid, pikkadeks akudeks.

Slaid 8

Raid.

"See kala tuimestab loomad, keda ta tahab püüda, ületades nende kehas elava löögi jõuga." Aristoteles

Slaid 9

Som.

Elektriorganid asuvad peaaegu kogu kala keha pikkuses, need annavad tühjendeid pingega kuni 360 V.

Slaid 10

ELEKTRIANGJAS

Troopilise Ameerika jõgedes elavatel angerjatel on kõige võimsamad elektriorganid. Nende tühjendamine ulatub 650 V pingeni.

slaid 11

Äike on üks kohutavatest nähtustest.

Äike ja välk on üks hirmuäratavamaid, kuid majesteetlikke nähtusi, millega inimene on valmis olnud antiikajast saadik. Raevukas element. See langes talle pimestava hiiglasliku välgu, kohutava äikese, vihmasaju ja rahe kujul. Äikesetormi kartuses jumaldasid inimesed seda, pidades seda jumalate tööriistaks.

slaid 12

Välk

Kõige sagedamini vaatleme välku, mis meenutab looklevat lisajõgedega jõge. Sellist välku nimetatakse lineaarseks, nende pikkus pilvede vahel tühjenemisel ulatub üle 20 km. Muud tüüpi välku võib näha palju harvemini. Elektrilahendus atmosfääris lineaarse välgu kujul on elektrivool. Veelgi enam, voolutugevus muutub 0,2–0,3 sekundiga. Ligikaudu 65% kogu välgust. Meie juures vaadeldavate nende voolutugevus on 10 000 A, kuid harva ulatub 230 000 A-ni. Piksekanal, mille kaudu vool läbib, on väga kuum ja särab eredalt. Kanali temperatuur ulatub kümnete tuhandete kraadideni, rõhk tõuseb, õhk paisub, justkui mööduks kuumade gaaside plahvatus. Me tajume seda äikesena. Pikselöögist maapinnal asuvasse objekti võib tekkida tulekahju.

slaid 13

Kui välk lööb, näiteks puusse. See kuumeneb, niiskus aurustub sellest ning tekkiva auru ja kuumutatud gaaside rõhk viib hävimiseni. Hoonete kaitsmiseks pikselahenduse eest kasutatakse piksevardaid, mis kujutavad endast metallvarda, mis tõuseb kaitstava objekti kohale.

Slaid 14

Välk.

Lehtpuudel läbib vool tüve sees mööda südamikku, kus on palju mahla, mis hoovuse toimel keeb ja aurud lõhuvad puu.

Vaadake kõiki slaide

Jätkame V. Potanini heategevusfondi toetusi saanud noorte ülikooliõpetajate populaarteaduslike loengute avaldamist. Seekord toome lugejate ette Saratovi inim- ja loomafüsioloogia osakonna dotsendi loengu ettekande. riigiülikool neid. N. G. Chernyshevsky bioloogiateaduste kandidaat Oksana Semyachkina-Glushkovskaya.

Elavad elektrijaamad

Elekter mängib paljude organismide, sealhulgas inimeste olemasolus mõnikord nähtamatut, kuid üliolulist rolli.

Üllataval kombel jõudis elekter meie ellu tänu loomadele, eriti elektrikaladele. Näiteks elektrofüsioloogilise suundumuse aluseks meditsiinis on elektriuiskude kasutamine meditsiinilistes protseduurides. Elusad elektriallikad tutvustas oma arstipraksises esmakordselt kuulus Vana-Rooma arst Claudius Galen. Koos sai ka jõuka arhitekti poja Galen hea haridus muljetavaldav pärand, mis võimaldas tal mitu aastat Vahemere kaldal reisida. Ühel päeval nägi Galen ühes väikeses külas kummalist vaatepilti: kaks kohalikku elanikku kõndisid tema poole, pähe seotud astelraid. Seda "valuvaigistit" kasutati gladiaatorite haavade ravimisel Roomas, kuhu Galen pärast reisi lõppu naasis. Omapärane füsioteraapia osutus nii tõhusaks, et isegi seljavalude käes vaevlenud keiser Mark Antony julges kasutada ebatavalist ravimeetodit. Olles vabanenud kurnavast haigusest, määras keiser Galeni isiklikuks arstiks.

Paljud elektrikalad kasutavad elektrit aga kaugeltki mitte rahumeelsetel eesmärkidel, eelkõige oma saagi tapmiseks.

Eurooplased on džunglis esimest korda kohanud koletuid elavaid elektrijaamu Lõuna-Ameerika. Amazonase ülemjooksule tunginud seiklejate salk sattus paljudele väikestele ojadele. Kuid niipea, kui üks ekspeditsiooniliikmetest astus jala oja sooja vette, langes ta teadvusetult ja jäi sellesse olekusse kaheks päevaks. See kõik puudutas neil laiuskraadidel elavaid elektriangerjaid. Amazonase elektriangerjad, mille pikkus ulatub kolme meetrini, on võimeline tootma elektrit pingega üle 550 V. Elektrilöök mage vesi uimastab saaki, mis koosneb tavaliselt kaladest ja konnadest, kuid võib ka inimese ja isegi hobuse tappa, kui nad on väljalaskmise ajal angerja läheduses.

Pole teada, millal hakkab inimkond tõsiselt elektrit kasutama, kui mitte hämmastav juhtum, mis juhtus kuulsa Bolognese professori Luigi Galvani abikaasaga. Pole saladus, et itaallased on kuulsad oma maitse-eelistuste laiuse poolest. Seetõttu ei ole nad tõrksad aeg-ajalt konnakoibadega mõnulemast. Päev oli vihmane, puhus tugev tuul. Kui Senora Galvani lihapoodi sisenes, avanes tema silmadele kohutav pilt. Surnud konnade jalad, nagu elus, tõmblesid, kui nad tugevas tuuleiilis raudreeli puudutasid. Señora ärritas oma meest lugudega lihuniku lähedusest kurjade vaimudega nii palju, et professor otsustas ise uurida, mis tegelikult toimub.

See oli väga õnnelik sündmus, mis muutis Itaalia anatoomi ja füsioloogi elu korraga. Konnajalgu koju tuues veendus Galvani oma naise sõnade õigsuses: need tõmblesid raudesemeid puudutades tõesti. Sel ajal oli professor vaid 34-aastane. Ta veetis järgmised 25 aastat, püüdes leida sellele hämmastavale nähtusele mõistlikku seletust. Aastatepikkuse töö tulemuseks oli raamat "Traktaadid elektri jõust lihaste liikumises", mis sai tõeliseks bestselleriks ja erutas paljude teadlaste meeli. Esimest korda hakati rääkima sellest, et elekter on meis igaühes ja just närvid on omamoodi “elektrijuhtmed”. Galvanile tundus, et lihased koguvad endasse elektrit ja kokkutõmbudes eraldavad seda. See hüpotees nõudis täiendavaid uuringuid. Kuid Napoleon Bonaparte'i võimuletulekuga seotud poliitilised sündmused takistasid professoril katseid lõpule viia. Oma vabamõtlemise tõttu visati Galvani ülikoolist häbiväärselt välja ja aasta pärast neid traagilisi sündmusi ta suri kuuekümne ühe aasta vanuselt.

Ja ometi tahtis saatus, et Galvani tööd jätkuksid. Galvani kaasmaalane Alessandro Volta jõudis pärast tema raamatu lugemist järeldusele, et elav elekter põhineb keemilised protsessid, ja lõi meile tuttava akude prototüübi.

Elektrienergia biokeemia

Möödus veel kaks sajandit, enne kui inimkonnal õnnestus paljastada elava elektri saladus. Kuni see leiutati elektronmikroskoop, ei osanud teadlased isegi ette kujutada, et puuri ümber on tõeline "toll" oma rangete "passikontrolli" reeglitega. Loomaraku membraan – palja silmaga mittenähtav õhuke kest – millel on poolläbilaskvad omadused, on raku elujõulisuse (homöostaasi säilitamise) usaldusväärne garant.

Aga tagasi elektri juurde. Milline on seos rakumembraani ja elava elektri vahel?

Niisiis, 20. sajandi esimene pool, 1936. a. Inglismaal avaldab zooloog John Jung lahkamistehnikat närvikiud peajalgsed. Kiu läbimõõt ulatus 1 mm-ni. Selline silmaga nähtav "hiiglaslik" närv säilitas võime juhtida elektrit isegi väljaspool keha merevesi. Siin on just see "kuldne võti", millega avatakse uks elava elektri saladustesse. Möödunud on vaid kolm aastat ning Jungi kaasmaalased – professor Andrew Huxley ja tema elektroodidega relvastatud õpilane Alan Hodgkin panid selle närviga paika rea ​​katseid, mille tulemused pöörasid maailmapildi pea peale ja “süütasid rohelise tule”. tee elektrofüsioloogiasse.

Nende uuringute lähtekohaks oli Galvani raamat, nimelt tema kahjustusvoolu kirjeldus: kui lihas on läbi lõigatud, siis "valas" sellest välja elektrivool, mis stimuleerib selle kokkutõmbumist. Nende katsete kordamiseks närviga läbistas Huxley närviraku membraani kahe karvapeenikese elektroodiga, asetades need niiviisi oma sisusse (tsütoplasmasse). Kuid siin on ebaõnnestumine! Tal ei õnnestunud elektrisignaale registreerida. Seejärel võttis ta elektroodid välja ja asetas need närvi pinnale. Tulemused olid kurvad: absoluutselt mitte midagi. Tundus, et õnn oli teadlastele selja pööranud. Jäi viimane võimalus - asetada üks elektrood närvi sisse ja teine ​​jätta selle pinnale. Ja siin see on, õnnelik vaheaeg! Juba 0,0003 sekundi pärast registreeriti elusraku elektriimpulss. Oli näha, et sellisel hetkel ei saanud impulss uuesti tekkida. See tähendas ainult üht: laeng on koondunud puhkavale puutumatule rakule.

Järgnevatel aastatel viidi sarnased katsed läbi lugematute teiste rakkudega. Selgus, et kõik rakud on laetud ja membraani laeng on selle elu oluline atribuut. Kuni rakk on elus, on sellel laeng. Siiski jäi endiselt ebaselgeks, kuidas rakku laetakse? Ammu enne Huxley katseid avaldas vene füsioloog N. A. Bernshtein (1896–1966) oma raamatu Elektrobioloogia (1912). Selles paljastas ta nagu nägija teoreetiliselt elava elektri peamise saladuse - rakulaengu biokeemilised mehhanismid. Üllataval kombel leidis see hüpotees mõni aasta hiljem hiilgavalt kinnitust Huxley katsetes, mille eest ta pälvis Nobeli preemia. Mis need mehhanismid siis on?

Nagu teate, on kõik geniaalne lihtne. Nii selgus ka antud juhul. Meie keha koosneb 70% ulatuses veest, õigemini soolade ja valkude lahusest. Kui vaadata raku sisse, selgub, et selle sisu on K + ioonidega üleküllastunud (nende sees on umbes 50 korda rohkem kui väljas). Rakkude vahel, rakkudevahelises ruumis, domineerivad Na + ioonid (neid on siin umbes 20 korda rohkem kui rakus). Sellist tasakaalutust hoiab aktiivselt üleval membraan, mis sarnaselt liiklusregulaatoriga laseb osadel ioonidel oma “väravatest” läbi ja teisi läbi ei lase.

Membraan, nagu küpsisekook, koosneb kahest lahtisest keeruliste rasvade (fosfolipiidide) kihist, mille paksusesse tungivad helmestena valgud, mis täidavad väga erinevaid funktsioone, eriti võivad need toimida omamoodi "väravana" " või kanaleid. Selliste valkude sees on augud, mida saab spetsiaalsete mehhanismide abil avada ja sulgeda. Igal ioonitüübil on oma kanalid. Näiteks K + ioonide liikumine on võimalik ainult K + kanalite kaudu ja Na + - läbi Na + kanalite.

Kui rakk on puhkeolekus, põleb K + ioonide jaoks roheline tuli ja nad lahkuvad rakust vabalt läbi oma kanalite, suundudes kontsentratsiooni tasakaalustamiseks sinna, kus neid on vähe. Kas mäletate oma koolikogemust füüsikas? Kui võtta klaas vett ja tilgutada sinna lahjendatud kaaliumpermanganaati (kaaliumpermanganaati), siis mõne aja pärast täidavad värvaine molekulid ühtlaselt kogu klaasimahu, värvides vee roosaks. Klassikaline näide difusioonist. Samamoodi juhtub see K + ioonidega, mida on rakus palju ja millel on alati vaba väljapääs läbi membraani. Ioonid samad Na + kui inimesel non grata, neil ei ole puhkeraku membraanilt privileege. Praegu on membraan nende jaoks nagu immutamatu kindlus, sellest on peaaegu võimatu tungida, kuna kõik Na + kanalid on suletud.

Aga mis elektril sellega pistmist on, ütlete? Asi on selles, et nagu eespool märgitud, koosneb meie keha lahustunud sooladest ja valkudest. Sel juhul räägime sooladest. Mis on lahustunud sool? See on omavahel seotud positiivsete katioonide ja hapete negatiivsete anioonide duett. Näiteks kaaliumkloriidi lahus on K + ja Cl - jne. Muide, soolalahus, mida meditsiinis laialdaselt kasutatakse intravenoossete infusioonide jaoks, on naatriumkloriidi lahus - NaCl ( lauasool) kontsentratsiooniga 0,9%.

Looduslikes tingimustes K + või Na + ioone lihtsalt ei eksisteeri, neid leidub alati koos happeanioonidega - SO 4 2–, Cl –, PO 4 3– jne ning normaalsetes tingimustes membraan on negatiivsetele osakestele mitteläbilaskev. See tähendab, et kui K + ioonid liiguvad läbi nende kanalite, järgivad nendega seotud anioonid nagu magnetid neid, kuid kuna nad ei saa väljapoole minna, kogunevad nad membraani sisepinnale. Kuna väljaspool rakku, rakkudevahelises ruumis, domineerivad Na + ioonid, see tähendab positiivselt laetud osakesed, pluss K + ioonid imbuvad pidevalt neisse, koondub liigne positiivne laeng membraani välispinnale ja negatiivne selle sisepinnale. pinnale. Nii et puhkeolekus olev rakk piirab "kunstlikult" kahe olulise iooni - K + ja Na + - tasakaalutust, mille tõttu membraan polariseerub selle mõlema külje laengute erinevuse tõttu. Raku puhkeolekus olevat laengut nimetatakse puhkemembraani potentsiaaliks, mis on ligikaudu -70 mV. Just sellise laengu suuruse registreeris Huxley esmakordselt molluski hiiglaslikul närvil.

Kui selgus, kust tuleb puhkeolekus rakus “elekter”, tekkis kohe küsimus: kuhu see läheb, kui rakk töötab näiteks siis, kui meie lihased kokku tõmbuvad? Tõde oli pinnal. Piisas, kui vaadata raku sisse selle ergutamise hetkel. Kui rakk reageerib välistele või sisemistele mõjudele, avanevad sel hetkel kõik Na + kanalid välgukiirusel nagu käsu peale ja Na + ioonid tormavad nagu lumepall sekundi murdosa jooksul rakku. Seega hetkega, raku ergastuse olekus, Na + ioonid tasakaalustavad oma kontsentratsiooni mõlemal pool membraani, K + ioonid lahkuvad rakust siiski aeglaselt. K + ioonide vabanemine on nii aeglane, et kui Na + ioon lõpuks membraani immutamatutest seintest läbi murrab, jääb neid sinna veel päris palju alles. Nüüd koondub raku sees, nimelt membraani sisepinnale, liigne positiivne laeng. Selle välispinnal on negatiivne laeng, sest nagu K + puhul, tormab Na + taga terve armee negatiivseid anioone, mille jaoks membraan on endiselt läbitungimatu. Need sooladest pärit "fragmendid" tekitavad selle välispinnal elektrostaatiliste tõmbejõudude poolt siin negatiivse elektrivälja. See tähendab, et raku ergastamise hetkel jälgime laengu pöördumist, st selle märgi muutumist vastupidiseks. See seletab, miks laeng muutub negatiivsest positiivseks, kui rakk on ergastatud.

Üks on veel oluline punkt, mida Galvani kirjeldas iidsetel aegadel, kuid ei osanud õigesti seletada. Kui Galvani lihast kahjustas, tõmbus see kokku. Siis tundus talle, et see on kahjuvool ja see “valas” lihasest välja. Mingil määral olid tema sõnad prohvetlikud. Töötades kaotab rakk oma laengu. Laeng eksisteerib ainult siis, kui Na + /K + ioonide kontsentratsioonid erinevad. Kui rakk on ergastatud, on Na + ioonide arv mõlemal pool membraani sama ja K + kaldub samasse olekusse. Sellepärast, kui element on ergastatud, siis laeng väheneb ja muutub võrdseks +40 mV-ga.

Kui “ergastuse” mõistatus sai lahendatud, kerkis paratamatult veel üks küsimus: kuidas rakk normaliseerub? Kuidas sellel laeng jälle tekib? Lõppude lõpuks ei sure ta pärast töötamist. Tõepoolest, mõne aasta pärast see mehhanism leiti. Selgus, et see oli membraani sisse ehitatud valk, kuid see oli ebatavaline valk. Ühest küljest nägi see välja samasugune nagu valgukanalid. Ja teisest küljest, erinevalt oma kolleegidest, võttis see valk "oma töö jaoks palju", nimelt energiat, mis on raku jaoks nii väärtuslik. Pealegi peab tema tööks sobiv energia olema eriline, ATP molekulide kujul (adenosiintrifosforhape). Need molekulid sünteesitakse spetsiaalselt raku "energiajaamades" - mitokondrites, hoitakse seal hoolikalt ja vajadusel toimetatakse spetsiaalsete kandjate abil sihtkohta. Nendest "lõhkepeadest" saadav energia vabaneb nende lagunemisel ja seda kasutatakse raku erinevate vajaduste rahuldamiseks. Eelkõige on meie puhul vaja seda energiat Na/K-ATPaasi nimelise valgu tööks, mille põhiülesanne on sarnaselt süstikuga transportida Na + rakust välja ja K + - transportida rakust välja. vastassuunas.

Seega tuleb kaotatud jõu taastamiseks tööd teha. Mõelge sellele, siin on tõeline paradoks. Kui rakk töötab, kulgeb see protsess rakumembraani tasemel passiivselt ja puhkamiseks vajab ta energiat.

Kuidas närvid omavahel "räägivad".

Kui torkate näppu, tõmbab käsi kohe tagasi. See tähendab, et mehaanilisel mõjul naharetseptoritele jõuab antud lokaalses punktis tekkinud erutus ajju ja naaseb perifeeriasse, et saaksime olukorrale adekvaatselt reageerida. See on näide kaasasündinud reaktsioonist või tingimusteta refleksid, mis hõlmavad paljusid kaitsereaktsioone, nagu pilgutamine, köhimine, aevastamine, kriimustamine jne.

Kuidas saab ühe raku membraanil tekkinud erutus edasi liikuda? Enne sellele küsimusele vastamist tutvume närviraku ehitusega – neuroniga, mille "elu" tähendus on ergastuse ehk närviimpulsside läbiviimine.

Niisiis, neuron, nagu lendav komeet, koosneb närviraku kehast, mille ümber paiknevad nagu halo palju väikseid protsesse - dendriite ja pikk "saba" - akson. Just need protsessid toimivad omamoodi juhtmetena, mille kaudu voolab "pingevool". Sest kõik see keeruline struktuur on üksikrakk, siis on neuroni protsessidel sama ioonide komplekt nagu tema kehal. Mis on neuroni lokaalse lõigu ergastamise protsess? See on omamoodi välis- ja sisekeskkonna "rahulikkuse" häirimine, mis väljendub ioonide suunatud liikumise vormis. Ergastus, mis tekkis stiimuli langemise kohas, levib seejärel mööda ahelat samadel põhimõtetel nagu selles piirkonnas. Alles nüüd pole naaberpiirkondade ärritajaks mitte väline stiimul, vaid sisemised protsessid, mis on põhjustatud Na + ja K + ioonide voogudest ja membraani laengu muutumisest. See protsess sarnaneb sellega, kuidas lained levivad vette visatud veerisest. Nii nagu kivikese puhul, levivad biovoolud piki närvikiudude membraani ringlainetena, põhjustades üha kaugemate piirkondade ergastamist.

Katses levib lokaalsest punktist tulev ergastus mõlemas suunas edasi. Reaalsetes tingimustes toimub närviimpulsside juhtimine ühesuunaliselt. See on tingitud asjaolust, et tööd teinud ala vajab puhkamist. Ja ülejäänud närvirakk, nagu me juba teame, on aktiivne ja seotud energiakuludega. Raku ergastumine on selle laengu "kadu". Sellepärast langeb niipea, kui rakk töötab, selle võime ergastada järsult. Seda perioodi nimetatakse prantsuse sõnast tulekindlaks refrakteeriv- immuunne. Selline immuunsus võib olla absoluutne (kohe pärast ergastamist) või suhteline (membraanilaeng taastumisel), kui on võimalik esile kutsuda reaktsioon, kuid liiga tugevate stiimulitega.

Kui esitada endale küsimus – mis värvi on meie aju, siis selgub, et valdav enamus sellest, mõne erandiga, on hallikasvalged toonid. Närvirakkude kehad ja lühikesed protsessid on hallid, pikad aga valged. Need on valged, kuna nende peal on täiendav isolatsioon "rasva" ehk müeliinpatjade näol. Kust need padjad tulevad? Neuroni ümber on spetsiaalsed rakud, mis on nimetatud neid esmakordselt kirjeldanud Saksa neurofüsioloogi järgi – Schwanni rakud. Nad, nagu lapsehoidjad, aitavad neuronil kasvada ja eriti eritavad müeliini, mis on omamoodi "rasv" või lipiid, mis ümbritseb hoolikalt kasvava neuroni piirkondi. Selline riietus ei kata aga kogu pika protsessi pinda, vaid eraldi alasid, mille vahele jääb akson alasti. Paljaid kohti nimetatakse Ranvieri vahelejäämisteks.

See on huvitav, kuid ergastuse juhtivuse kiirus sõltub sellest, kuidas närviprotsess on "riidetud". Pole raske arvata, et biovoolude piki närvi läbimise tõhustamiseks on olemas spetsiaalne "riietusvorm". Tõepoolest, kui hallides dendriitides liigub erutus nagu kilpkonn (0,5–3 m / s), järjestikku, ilma ühtegi lõiku vahele jätmata, siis valges aksonis hüppavad närviimpulsid mööda Ranvieri "paljaid" piirkondi, mis oluliselt suurendab nende juhtivuse kiirust.kuni 120 m/s. Sellised kiired närvid innerveerivad peamiselt lihaseid, pakkudes kehale kaitset. Siseorganid sellist kiirust ei vaja. Näiteks võib põis pikaks venitada ja saata impulsse oma ülevoolu kohta, samal ajal kui käsi peab tulest kohe eemalduma, vastasel juhul ähvardab see kahju tekitada.

Täiskasvanu aju kaalub keskmiselt 1300 g See mass on 10 10 närvirakku. Nii suur hulk neuroneid! Milliste mehhanismide abil jõuab ergastus ühest rakust teise?

Närvisüsteemis suhtlemise saladuse lahtiharutamisel on oma ajalugu. 19. sajandi keskel sai prantsuse füsioloog Claude Bernard Lõuna-Ameerikast väärtusliku paki kuraaremürgiga, sama, millega indiaanlased nooleotsi määrisid. Teadlasele meeldis uurida mürkide mõju kehale. Oli teada, et sellise mürgiga tabatud loom sureb hingamislihaste halvatuse tõttu lämbumise tagajärjel, kuid keegi ei teadnud täpselt, kuidas välkmõrvar töötas. Selle mõistmiseks tegi Bernard lihtsa katse. Ta lahustas mürki Petri tassis, asetas sinna närviga lihase ja nägi, et kui ainult närv on mürgi sisse kastetud, jääb lihas terveks ja saab veel töötada. Kui mürgiga mürgitatakse ainult lihast, siis sel juhul säilib selle kokkutõmbumisvõime. Ja alles siis, kui närvi ja lihase vaheline ala mürgi sisse pandi, oli võimalik jälgida tüüpilist mürgistuse pilti: lihas muutus isegi väga tugeva elektrilise mõju korral kokkutõmbumisvõimetuks. Selgus, et närvi ja lihase vahel on “lõhe”, millele mürk mõjub.

Selgus, et selliseid "katkesi" võib leida kõikjal kehas, kõik närvivõrk sõna otseses mõttes täis neid. Leiti ka teisi aineid, näiteks nikotiin, mis mõjus selektiivselt närvi ja lihase vahele jäävatele salapärastele kohtadele, põhjustades selle kokkutõmbumise. Algul nimetati neid nähtamatuid ühendusi müoneuraalseks ühenduseks ja hiljem andis inglise neurofüsioloog Charles Sherrington neile nime sünapsid, alates Ladina sõna sünapsisühendus, ühendus. Sellele loole pani aga punkti Austria farmakoloog Otto Levi, kel õnnestus leida vahendaja närvi ja lihase vahel. Nad ütlevad, et ta nägi unes unes, et teatud aine "valas" närvist välja ja pani lihase tööle. Järgmisel hommikul otsustas ta kindlalt: just seda ainet tuleb otsida. Ja ta leidis selle! Kõik osutus üsna lihtsaks. Levi võttis kaks südant ja tõi välja neist ühe suurima närvi - nervus vagus. Aimates juba ette, et temast peaks midagi silma paistma, ühendas ta need kaks “lihaste mootorit” torude süsteemiga ja hakkas närvi ärritama. Levi teadis, et kui ta ärritus, jäi ta süda seisma. Siiski ei peatunud mitte ainult süda, millele ärritunud närv mõjus, vaid ka teine, mis oli sellega lahusega ühendatud. Veidi hiljem õnnestus Levyl isoleerida see aine puhtal kujul, mida nimetati "atsetüülkoliiniks". Seega leiti ümberlükkamatud tõendid vahendaja olemasolu kohta närvi ja lihase vahelises "vestluses". See avastus pälvis Nobeli preemia.

Ja siis läks kõik palju kiiremini. Selgus, et Levi avastatud närvide ja lihaste vahelise suhtluse põhimõte on universaalne. Sellise süsteemi abil suhtlevad mitte ainult närvid ja lihased, vaid ka närvid ise suhtlevad omavahel. Kuid hoolimata asjaolust, et sellise suhtluse põhimõte on üks, on vahendajad või, nagu neid hiljem hakati nimetama, vahendajad (ladina sõnast vahendaja- vahendaja), võib olla erinev. Igal närvil on oma, nagu pass. Selle mustri kehtestas inglise farmakoloog Henry Dale, mille eest ta pälvis ka Nobeli preemia. Nii sai selgeks närvisuhtluse keel, jäi vaid vaadata, kuidas see disain välja näeb.

Kuidas sünaps töötab

Kui me vaatame neuronit läbi elektronmikroskoobi, näeme, et see on nagu jõulupuu, kõik mingisuguste nuppude külge riputatud. Ainuüksi ühel neuronil võib selliseid "nuppe" või, arvasite ära, sünapse olla kuni 10 000. Vaatame ühte neist lähemalt. Mida me näeme? Neuroni terminali sektsioonis pikk protsess pakseneb, nii et see tundub meile nupu kujul. Selle paksenemise korral muutub akson õhemaks ja kaotab oma valge rüü müeliini kujul. "Nupu" sees on tohutul hulgal mingi ainega täidetud mullikesi. 1954. aastal arvas George Palade, et see pole midagi muud kui vahendajate hoidla (20 aastat hiljem anti talle selle oletuse eest Nobeli preemia). Kui erutus jõuab pika protsessi lõppjaama, vabanevad neurotransmitterid vangistusest. Selleks kasutatakse Ca 2+ ioone. Liikudes membraani poole, ühinevad nad sellega, seejärel lõhkevad (eksotsütoos) ja rõhu all olev vahendaja siseneb nende kahe vahele. närvirakud mida nimetatakse sünaptiliseks lõheks. See on tühine, nii et vahendaja molekulid sisenevad kiiresti naaberneuroni membraani, millel omakorda on spetsiaalsed antennid ehk retseptorid (ladina sõnast recipio - võtta, võtta), mis püüavad vahendaja kinni. See toimub vastavalt põhimõttele "luku võti" - geomeetriline kuju retseptor vastab täielikult vahendaja vormile. Pärast "käepigistuse" vahetamist on vahendaja ja retseptor sunnitud lahku minema. Nende kohtumine on väga lühike ja vahendaja jaoks viimane. Piisab vaid murdosast sekundist, et vahendaja hakkaks naaberneuronil ergastama, misjärel see spetsiaalsete mehhanismide abil hävitatakse. Ja siis see lugu kordub ikka ja jälle ja nii jookseb see lõpmatuseni elav elekter mööda "närvitraate", varjates meie eest palju saladusi ja meelitades meid seeläbi oma salapäraga.

Kas on vaja rääkida avastuste olulisusest elektrofüsioloogia vallas? Piisab, kui öelda, et seitse Nobeli preemiad. Tänapäeval on lõviosa ravimitööstusest üles ehitatud nendele fundamentaalsetele avastustele. Näiteks praegu hambaarsti juures käimine ei ole nii kohutav test. Üks lidokaiini - ja Na + -kanalite süst süstekohas blokeeritakse ajutiselt. Ja te ei tunne enam valusaid protseduure. Teie kõht valutab, arst kirjutab välja ravimid (no-shpa, papaveriin, platifiliin jne), mis põhinevad retseptorite blokeerimisel, nii et vahendaja atsetüülkoliin, mis käivitab seedetraktis palju protsesse, ei saaks nendega kokku puutuda ja jne. Viimasel ajal on aktiivselt välja töötatud rida tsentraalselt toimivaid farmakoloogilisi preparaate, mille eesmärk on parandada mälu, kõnefunktsiooni ja vaimset aktiivsust.