Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

Házigazda: http://www.allbest.ru/

1. Villany

2. Történelem

4. Villamos energia a természetben

1. Villany

Az elektromosság - az elektromos töltések létezésének, kölcsönhatásának és mozgásának köszönhető jelenségek halmaza. A kifejezést William Gilbert angol természettudós vezette be „A mágnesről, a mágneses testekről és a nagy mágnesről – a Földről” (1600) című esszéjében, amely elmagyarázza a mágneses iránytű működését, és leír néhány elektromos testekkel végzett kísérletet. Megállapította, hogy más anyagoknak is megvan az a tulajdonsága, hogy felvillanyozódnak.

2. Történelem

Az egyik első elektromosság felkeltette Thalész görög filozófus figyelmét az ie 7. században. e., aki felfedezte, hogy a gyapjún hordott borostyán (ógörögül? lekfspn: elektron) a könnyű tárgyakat vonzza. Az elektromosság ismerete azonban sokáig nem haladta meg ezt a gondolatot. 1600-ban maga az elektromosság („borostyán”) kifejezés is megjelent, 1663-ban Otto von Guericke magdeburgi polgármester megalkotott egy fémrúdra erősített kénes golyó formájú elektrosztatikus gépet, amely nemcsak a vonzás, hanem a taszítás hatását is lehetővé tette. 1729-ben az angol Stephen Gray kísérleteket végzett az elektromosság távoli átvitelével kapcsolatban, és felfedezte, hogy nem minden anyag egyformán továbbítja az elektromosságot. 1733-ban a francia Charles Dufay kétféle elektromosság, az üveg és a gyanta létezését állapította meg, amelyek az üveg selyemmel és a gyantával a gyapjúhoz való dörzsölésével derültek ki. 1745-ben a holland Pieter van Mushenbroek megalkotta az első elektromos kondenzátort - a Leideni tégelyt.

Az elektromosság első elméletét az amerikai B. Franklin alkotta meg, aki az elektromosságot „anyagtalan folyadéknak”, folyadéknak tekinti („Experiments and Observations on Electricity”, 1747). Bevezeti a pozitív és negatív töltés fogalmát is, feltalál egy villámhárítót, és segítségével bizonyítja a villámlás elektromos természetét. Az elektromosság tanulmányozása a Coulomb-törvény 1785-ös felfedezése után az egzakt tudomány kategóriájába kerül.

Továbbá, 1791-ben az olasz Galvani kiadott egy traktátust az elektromosság erőiről az izommozgásban, amelyben leírta az elektromos áram jelenlétét az állatok izmában. Egy másik olasz Volta 1800-ban feltalálja az első egyenáramforrást - a galvánelemet, amely cinkből és ezüstből álló körökből álló oszlop, amelyet sós vízbe áztatott papír választ el egymástól. 1802-ben Vaszilij Petrov felfedezte a voltai ívet.

Michael Faraday - az elektromágneses mező elméletének megalapítója

1820-ban Oersted dán fizikus felfedezte elektromágneses kölcsönhatás. Az áramkört árammal zárva és kinyitva látta a vezető közelében található iránytű ingadozásait. Ampère francia fizikus 1821-ben megállapította, hogy az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolat csak elektromos áram esetén figyelhető meg, statikus elektromosság esetén pedig hiányzik. Joule, Lenz, Ohm művei bővítik az elektromosság megértését. Gauss megfogalmazza az elektrosztatikus tér elméletének alaptételét (1830).

Faraday Oersted és Ampère kutatásai alapján 1831-ben felfedezi az elektromágneses indukció jelenségét, és ennek alapján megalkotja a világ első elektromos áramfejlesztőjét úgy, hogy mágnesezett magot csúsztat a tekercsbe, és rögzíti az áram előfordulását a tekercs meneteiben. Faraday felfedezi az elektromágneses indukciót (1831) és az elektrolízis törvényeit (1834), bevezeti az elektromos és mágneses mező fogalmát. Az elektrolízis jelenségének elemzése arra a gondolatra vezette Faradayt, hogy az elektromos erők hordozója nem bármilyen elektromos folyadékok az atomok pedig az anyag részecskéi. "Az anyag atomjai valamilyen módon elektromos erőkkel vannak felruházva" - mondja. Faraday elektrolízis-tanulmányai alapvető szerepet játszottak a kialakulásában elektronikus elmélet. Faraday megalkotta a világ első villanymotorját is – egy mágnes körül forgó áramvezető vezetéket. Az elektromágnesességgel kapcsolatos kutatások megkoronázása D. K. Maxwell angol fizikusnak az elektromágneses jelenségek elméletének kidolgozása volt. 1873-ban levezetett egyenleteket, amelyek összekapcsolják egy mező elektromos és mágneses jellemzőit.

Pierre Curie 1880-ban fedezte fel a piezoelektromosságot. Ugyanebben az évben D. A. Lachinov bemutatta a villamos energia nagy távolságokon történő átvitelének feltételeit. Hertz kísérletileg regisztrálja az elektromágneses hullámokat (1888).

1897-ben Joseph Thomson felfedezte az elektromosság anyagi hordozóját - az elektront, amelynek az atom szerkezetében betöltött helyére később Ernest Rutherford mutatott rá.

A 20. században megalkották a kvantumelektrodinamika elméletét. 1967-ben újabb lépést tettek az elektromosság tanulmányozása felé. S. Weinberg, A. Salam és S. Glashow létrehozta az elektrogyenge kölcsönhatások egységes elméletét.

Az elektromos töltés a testek tulajdonsága (számszerűsítve: fizikai mennyiség azonos nevű), elsősorban abban nyilvánul meg, hogy képes elektromos mezőt létrehozni önmaga körül, és ezen keresztül befolyásolni más töltött (vagyis elektromos töltéssel rendelkező) testeket. Az elektromos töltéseket pozitív és negatív töltésekre osztják (az a választás, hogy melyik töltést nevezzük pozitívnak és melyik negatív, a tudományban pusztán konvencionálisnak számít, de ez a választás már történelmileg megtörtént, és mostanra – bár feltételesen – minden töltéshez egy nagyon sajátos jelet rendelnek). Az azonos előjelű töltéssel töltött testek taszítják, az ellentétes töltésű testek pedig vonzzák. Amikor a töltött testek mozognak (mind a makroszkopikus testek, mind a mikroszkopikus töltött részecskék, amelyek hordozzák elektromosság vezetőkben) mágneses tér keletkezik, és így olyan jelenségek játszódnak le, amelyek lehetővé teszik az elektromosság és a mágnesesség (elektromágnesesség) kapcsolatának megállapítását (Oersted, Faraday, Maxwell). Az anyag szerkezetében az elektromos töltés, mint a testek tulajdonsága, visszatér feltöltötté elemi részecskék Például egy elektronnak negatív, míg a protonnak és a pozitronnak pozitív töltése van.

A legáltalánosabb alaptudomány, amelynek tárgya az elektromos töltések, kölcsönhatásuk és az általuk generált és rájuk ható mezők (vagyis szinte teljesen lefedi az elektromosság témáját, kivéve olyan részleteket, mint pl. elektromos tulajdonságok specifikus anyagok, például elektromos vezetőképesség (stb.) - ez az elektrodinamika. Az elektromágneses terek, töltött részecskék (stb.) kvantumtulajdonságait a legmélyebb kvantumelektrodinamika tanulmányozza, bár ezek egy része egyszerűbb kvantumelméletekkel is magyarázható.

4. Villamos energia a természetben

Az elektromosság feltűnő megnyilvánulása a természetben a villámlás, melynek elektromos jellegét a XVIII. A villámlás régóta erdőtüzeket okozott. Az egyik változat szerint a villámlás vezetett az aminosavak kezdeti szintéziséhez és a földi élet kialakulásához (Miller kísérlete - Urey és Oparin elmélete - Haldane).

A folyamatokhoz idegrendszer emberek és állatok esetében az áteresztőképesség függősége döntő jelentőségű sejt membrán a nátriumionok esetében az intracelluláris környezet potenciáljáról. A sejtmembrán feszültségének növelése után a nátriumcsatorna 0,1-1,0 ms nagyságrendű időre megnyílik, ami ugrásszerű feszültségnövekedéshez vezet, majd a membránon átívelő potenciálkülönbség visszatér eredeti értékére. A leírt folyamatot röviden idegimpulzusnak nevezik. Az állatok és az emberek idegrendszerében az információk egyik sejtről a másikra jutnak át ideg impulzusok körülbelül 1 ms időtartamú gerjesztés. Az idegrost egy elektrolittal töltött henger. A gerjesztő jelet az amplitúdó csökkenése nélkül továbbítják a nátriumionok membránpermeabilitásának átmeneti növekedése miatt.

Sok hal elektromos áramot használ, hogy megvédje magát, és zsákmányt keressen a víz alatt. A dél-amerikai elektromos angolna feszültségkisülései elérhetik az 500 voltos feszültséget. Az elektromos rámpa kisülési teljesítménye elérheti a 0,5 kW-ot. A cápák, a lámpalázak és néhány harcsa elektromosságot használ a zsákmány megtalálásához. A hal elektromos szerve több száz hertz frekvencián működik, és több voltos feszültséget hoz létre. Az elektromos mezőt elektroreceptorok rögzítik. A vízben lévő tárgyak torzítják az elektromos mezőt. Ezen torzulások szerint a halak könnyen navigálnak a sáros vízben.

5. Az elektromosság képe a kultúrában

A mitológiában vannak villámló istenek: a görögöknél Zeusz, Jupiter, Volgencse a Mari panteonból, Agni a hinduk istene, akinek egyik formája a villám, Perun a mennydörgés istene az ókori orosz panteonban, Thor a mennydörgés és vihar istene a német-skandináv mitológiában.

Mary Shelley az elsők között próbálta felfogni az elektromosság képét a Frankenstein vagy a Modern Prometheus című drámában, ahol a holttestek felélesztésére használható erőként jelenik meg. A Black Cape Disney rajzfilmben egy elektromossággal hadonászó antihős Megavolt, a japán animációban és játékokban pedig elektromos Pokémonok (amelyek közül a leghíresebb Pikachu).

6. Előállítás és gyakorlati felhasználás

faraday villany természetdíj

Generáció és átvitel

Az ókor korai kísérletei, például Thalész borostyánpálcákkal végzett kísérletei voltak az első kísérletek az elektromos energia előállításával kapcsolatos kérdések tanulmányozására. Ezt a módszert ma triboelektromos hatásként ismerik, és bár képes vonzani a könnyű tárgyakat és szikrákat generálni, valójában rendkívül hatástalan. A működőképes villamosenergia-forrás csak a 18. században jelent meg, amikor feltalálták az első eszközt az előállítására - egy voltikus oszlopot. Ő és modern változata, az elektromos akkumulátor az elektromos áram kémiai forrásai: munkájuk alapja az elektrolitban lévő anyagok kölcsönhatása. Az akkumulátor szükség esetén biztosítja az áramfelvétel lehetőségét, többfunkciós és elterjedt áramforrás, amely kiválóan alkalmas különféle körülmények és helyzetek felhasználására, azonban energiaellátása véges, utóbbi lemerülése után az akkumulátor cseréje vagy újratöltése szükséges. A jelentősebb igények kielégítéséhez nagyobb mennyiségű villamos energiát kell folyamatosan előállítani és távvezetékeken keresztül továbbítani.

Általában elektromechanikus generátorokat használnak a generálására, amelyeket vagy fosszilis tüzelőanyagok elégetésével, vagy nukleáris reakciókból származó energiával, vagy levegő- vagy vízáramok erejével hajtanak végre. A C. Parsons által 1884-ben feltalált modern gőzturbina jelenleg a világ összes villamos energiájának körülbelül 80%-át állítja elő egyik vagy másik fűtési forrás felhasználásával. Ezek az eszközök már nem hasonlítanak Faraday egypólusú lemezgenerátorára, amelyet 1831-ben alkotott meg, de továbbra is az általa felfedezett elektromágneses indukció elvén – az elektromos áram fellépésén – alapul. zárt áramkör amikor megváltozik mágneses fluxusáthaladva rajta. közelebb késő XIX században találták fel a transzformátort, amely lehetővé tette a villamos energia hatékonyabb átvitelét nagyobb feszültség és kisebb áramerősség mellett. Az energiatranszfer hatékonysága viszont lehetővé tette, hogy a központosított erőművekben az utóbbiak javára villamos energiát termeljenek, majd azt meglehetősen nagy távolságokra tereljék a végfogyasztókhoz.

A szél kinetikus energiájából nyert villamos energia egyre népszerűbb a világ számos országában

Mivel az áramot nehéz olyan mennyiségben tárolni, ami országos viszonylatban is elegendő lenne, egyensúlyt kell teremteni: pontosan annyi áramot kell termelni, amennyit a felhasználók elfogyasztanak. Ehhez az áramszolgáltatóknak gondosan előre kell jelezniük a terhelést, és folyamatosan össze kell hangolniuk a termelési folyamatot erőműveikkel. Ugyanakkor bizonyos mennyiségű kapacitást tartalékolnak, hogy az elektromos hálózatot bármilyen probléma vagy energiaveszteség esetén biztosítsák.

A modernizáció előrehaladtával és egy állam gazdaságának fejlődésével a villamosenergia-igény gyorsan növekszik. Különösen az Egyesült Államok esetében ez a szám évi 12%-os növekedést jelentett a 20. század első harmadában, és jelenleg hasonló fejlődés figyelhető meg a gyorsan fejlődő gazdaságokban, például Kínában és Indiában. Történelmileg a villamosenergia-kereslet növekedése meghaladta a más típusú energiahordozók hasonló mutatóit. Azt is meg kell jegyezni, hogy a villamosenergia-termelés hatásával kapcsolatos aggodalmak a környezet a megújuló forrásokból – különösen a szél- és vízenergiából – történő villamosenergia-termelésre összpontosított.

Alkalmazás

elektromos lámpa

A villamos energia használata meglehetősen kényelmes módot biztosít az energiaátvitelre, és mint ilyen, a gyakorlati alkalmazások jelentős és még mindig bővülő körére adaptálták. Az elektromos áram egyik első nyilvános felhasználása a világítás volt; ennek feltételei az 1870-es években az izzólámpa feltalálása után teremtődtek meg. Bár a villamosításnak megvoltak a kockázatai, a nyílt láng elektromos világításra való felváltása nagymértékben csökkentette az otthoni és munkahelyi tüzek számát.

Általánosságban elmondható, hogy a 19. századtól kezdve az elektromosság szorosan beépült a modern civilizáció életébe. A villamos energiát nemcsak világításra, hanem információtovábbításra (távíró, telefon, rádió, televízió), valamint a közlekedésben (villamos, metró, trolibusz, villanyvonat) aktívan használt mechanizmusok (villanymotor) és háztartási gépek (vasaló, konyhai robotgép, mosógép, mosogatógép) mozgatására is használják.

A villamos energia beszerzése érdekében elektromos generátorral felszerelt erőműveket hoztak létre, tárolására pedig akkumulátorokat és elektromos akkumulátorokat.

Ma már az elektromosságot anyagok beszerzésére (elektrolízis), feldolgozására (hegesztés, fúrás, vágás), bűnözők megölésére (elektromos szék) és zenealkotásra (elektromos gitár) is használják.

Az elektromos áram hőhatásáról szóló Joule-Lenz törvény határozza meg az elektromos térfűtés lehetőségeit. Bár ez a módszer meglehetősen sokoldalú, és bizonyos fokú szabályozhatóságot biztosít, szükségtelenül erőforrás-igényesnek tekinthető - amiatt, hogy a benne felhasznált villamos energia előállítása már az erőműben hőtermelést igényelt. Egyes országokban, például Dániában, még örökbe is fogadták törvényi normák az elektromos fűtés alkalmazásának korlátozása vagy teljes betiltása új lakásokban. A villamos energia ugyanakkor praktikus hűtési energiaforrás, és az egyik gyorsan növekvő villamosenergia-igényes terület a légkondicionálás.

Bibliográfia

1. Borgman I.I. – "Elektromosság"

2. Matveev A. N. - "Elektromosság és mágnesesség"

3. Paul R. V. - "Az elektromosság tana"

4. Tamm I. E. - "Az elektromosság elméletének alapjai"

5. Franklin V. - "Kísérletek és megfigyelések az elektromosságról"

Az Allbest.ru oldalon található

...

Hasonló dokumentumok

Az elektromosság - az elektromos töltések létezésének, kölcsönhatásának és mozgásának köszönhető jelenségek halmaza. Az elektromosság felfedezése: Franklin, Galvani, Volta, Ampère, Coulomb, Oersted, Faraday, Gilbert természettudósok munkái és elméletei.

bemutató, hozzáadva 2014.01.29


A villámlás természete és mérési módszerei. Statikus elektromosság fellépése a mozdulatlan töltések felhalmozódása miatt. Golyóvillám mint egy gömb alakú gázkisülés, amely egy közönséges villámcsapáskor következik be. Az elektromos jelenségek megnyilvánulása az élővilágban.

absztrakt, hozzáadva: 2009.10.20


A bioelektromos jelenségek vizsgálata, az elektrogenezis felfedezése. Ötletek kidolgozása az „állati elektromosság” természetéről. A bioelektromos jelenségek mechanizmusai. Bernstein membrán-ion elmélete. Modern kilátás a bioelektromos jelenségek természetéről.

absztrakt, hozzáadva: 2012.04.20


Az elektromosság felfedezésének és kutatásának története. Az elektromos töltés megjelenése és megnyilvánulása a természetben. mozgó töltetek. Feszültség és elektromos áram. Súrlódásból vagy statikus elektromosságból származó elektromosság felhasználása.

absztrakt, hozzáadva: 2008.05.08


Tudományos tevékenység M. Faraday - az elektromágneses mező tanának alapítója. Az elektromos áram kémiai hatásának, az elektromosság és a mágnesesség, a mágnesesség és a fény kapcsolatának kimutatása. Az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése.

bemutató, hozzáadva: 2010.06.04


Az elektromosság tudományának fejlődési szakaszai. Az elektromos jelenségek elmélete. Fizika és élőlények, kapcsolatuk. Elektromos energia az élő szervezetek különböző osztályaiban. Az elektromosság áramlásának tanulmányozása kétéltűekben, Galvani, Alexander Volta kísérletei.

absztrakt, hozzáadva: 2010.12.20


Alapvető kölcsönhatások a természetben, azok Összehasonlító jellemzők: gravitációs, elektromágneses. Az elektrosztatika, mint az elektromosság tanának egyik ága, amely a töltésrendszerek kölcsönhatásait és tulajdonságait vizsgálja. A Coulomb-törvény megfogalmazása.

bemutató, hozzáadva 2015.08.22


Az elektrosztatikus elektromosság jelenségének lényege és fizikai alátámasztása, kutatásának szakaszai. Benjamin Franklin és Coulomb szerepe e tudásterület fejlődésében. Charles Augustin de Coulomb törvénye és képlete, fejlődésének módjai és bizonyítása.

bemutató, hozzáadva: 2010.11.29


Vortex elektromos mező. Maxwell-egyenletek integrál alakja. Az elektromos és mágneses jelenségek egységes elmélete. Az előfeszítő áram fogalma. Maxwell posztulátuma, amely kifejezi az elektromos mezők létrejöttének törvényét töltések hatására tetszőleges közegben.

bemutató, hozzáadva 2013.09.24


Alapvető kölcsönhatások a természetben. Elektromos töltések kölcsönhatása. Az elektromos töltés tulajdonságai. Az elektromos töltés megmaradásának törvénye. A Coulomb-törvény megfogalmazása. vektor alakja és fizikai jelentése Coulomb törvénye. A szuperpozíció elve.

Az elektromosság nem csak civilizációnk sajátja, a halak már jóval az emberek megjelenése előtt megtanulták használni. Az elektromos sugárnak, az angolnának és több mint 300 fajnak olyan elektromos szervei vannak, amelyek módosított izmok. Ezek a szervek akár 5 kilowatt teljesítményű impulzusokat és 1200 voltos potenciálkülönbséget is képesek generálni, ami rendkívül veszélyes lehet az emberre. A halak különféle módon használják ezeket a szerveket: vadászatra, zsákmány vonzására, navigálásra, sőt még oxigén előállítására is a vízből a légzéshez.

A nílusi elefánt és az amazóniai késhal csak az elektromos szerveket használja a navigációhoz, hasonlóan ahhoz, ahogy a denevérek az echolocation segítségével navigálnak. Gyenge elektromos mezőt hoznak létre maguk körül, és az abba bekerülő tárgy torzulást okoz, ami a vezetőképességétől függ. Ezeket a haltorzulásokat az elektroreceptorok olvassák le a bőrön, és értelmezik, hogy útvonalat építsenek ki. Olyasmi, mint egy fémdetektor.

Az elektromos angolna édesvízi hal, ők képesek a legerősebb elektromos kisülések generálására, természetesen ezt az erőt fegyverként használják a ragadozók és az áldozatok elriasztására. Az akne különösen népszerűvé vált viktoriánus kor amikor a tudósok érdeklődni kezdtek az elektromosság iránt. Az elektromos harcsa, szintén édesvízi lakos, és mint az angolna, fegyverként használja ezt a szervet. A vízmolekulákat oxigénre és hidrogénre bontó elektromos kisülésnek köszönhetően a halak körüli víz oxigénnel gazdagodik, ami tovább vonzza a potenciális zsákmányt. Ezeknek az édesvízi ragadozóknak a kibocsátása veszélyes az emberekre, lehet, hogy elpusztul, de nagyon fájdalmas lesz.

Elektromos rája - tengeri lakos, rendkívül rossz a látása, ami elektrorecepcióval kompenzál, amellett, hogy elektromos kisülésekkel tájékozódnak, ezek a porcos halak eleget tudnak ölni nagy áldozat. Szintén nagyon veszélyes.

Ezek csak az elektromos orgonák leghíresebb tulajdonosai, de sokszínűségük valóban hatalmas és rendkívül érdekes.

Az elektromos szervek annyira hasznosnak bizonyultak, hogy létezésük során a halak 6 alkalommal fejlődtek önállóan (a Science-ben megjelent legújabb genetikai kutatás szerint)! Ám ennek ellenére az elektrociták (az elektromosság előállításáért felelős sejtek) képződésében részt vevő géncsoportok minden fajban nagyon hasonlóak, vagyis ugyanazokat a genetikai eszközöket használták arra, hogy korai fejlődésükben az izomsejteket egy elektromos szerv specifikus struktúráivá alakítsák sejtszinten. Minden izomsejtnek (nem csak a halaknak) van elektromos potenciálja, és az összehúzódás során egy kis elektromos feszültség rögzíthető a test felszínén. Ezt a potenciálkülönbséget mérik például, amikor elektrokardiogramot készítenek. Körülbelül 100 millió évvel ezelőtt a halak megtanulták megsokszorozni ezt a potenciált úgy, hogy az izomsejteket sokkal nagyobb elektrocitákká alakítják. Ezek a sejtek együttesen nagyon erős töltések generálására képesek.

(Lindsay Block, más néven bionikus nő)
Az ilyen tanulmányoknak is van alkalmazási értéke. Ha megértjük, hogyan képződnek az elektrociták molekuláris szinten, akkor ezt a biotechnológiában felhasználhatjuk olyan „élő akkumulátorok” létrehozására, amelyek bionikus protéziseket és más orvosi eszközöket táplálhatnak, amelyek javítják az emberek életminőségét. Gondoljunk csak bele – olyan elektronika, amelyet maga az emberi test táplál, és nincs szükség akkumulátorra!

2. dia

Egy elektromos jelenség felfedezésének története

A milétoszi Thalész először Kr.e. 600-ban hívta fel a figyelmet az elektromos töltésre. Felfedezte, hogy a gyapjúra hordott borostyán olyan tulajdonságokkal rendelkezik, hogy vonzza a könnyű tárgyakat: pihéket, papírdarabokat. Később azt hitték, hogy csak a borostyánnak van ilyen tulajdonsága. BAN BEN tizenhetedik közepe században Otto von Garike elektromos súrlódó gépet fejlesztett ki. Ezenkívül felfedezte az unipolárisan töltött tárgyak elektromos taszításának tulajdonságát, és 1729-ben Stephen Gray angol tudós felfedezte a testek szétválasztását elektromos áram vezetőire és szigetelőkre. Hamarosan kollégája, Robert Simmer, megfigyelve selyemharisnyájának villamosítását, arra a következtetésre jutott, hogy az elektromos jelenségek a testek pozitív és negatív töltésére való felosztásából fakadnak. A testek egymáshoz dörgölődve ezeknek a testeknek a felvillanyozását idézik elő, vagyis a villamosítás egy azonos típusú töltés felhalmozódása a testen, és az azonos előjelű töltések taszítják egymást, az ellentétes előjelű töltések pedig egymáshoz vonzódnak és kapcsolódáskor kompenzálódnak, így a test semleges (töltésmentes) lesz. 1729-ben Charles Du Fay megállapította, hogy kétféle vád létezik. A Dufay által végzett kísérletek szerint az egyik töltet akkor keletkezik, amikor az üveget a selyemhez dörzsölik, a másik pedig akkor, amikor a gyantát a gyapjúhoz dörzsölik. A pozitív és negatív töltés fogalmát Georg Christoph német természettudós vezette be. Az első kvantitatív kutató a töltések kölcsönhatásának törvénye volt, amelyet Charles Coulomb 1785-ben kísérletileg hozott létre egy általa kifejlesztett érzékeny torziós egyensúly segítségével.

3. dia

Miért emelkedik fel a haja a villamosított embereknek?

A hajat ugyanaz a töltés felvillanyozza. Mint tudják, az azonos nevű töltetek taszítják egymást, így a haj, mint a papírszultán levelei, minden irányban eltér. Ha bármely vezető testet, beleértve az emberi testet is, elszigetelik a földtől, akkor az nagy potenciálra tölthető. Tehát egy elektrosztatikus gép segítségével az emberi test több tízezer voltos potenciálra feltölthető.

4. dia

Az emberi testet érő elektromos töltés ilyenkor hatással van az idegrendszerre?

Emberi test- elektromos vezető. Ha el van szigetelve a földtől és töltődik, akkor a töltés kizárólag a test felszínén található, így a viszonylag nagy potenciálra való töltés nem befolyásolja az idegrendszert, mivel az idegrostok a bőr alatt vannak. Az elektromos töltés idegrendszerre gyakorolt ​​​​hatása a kisülés pillanatában érezhető, amikor a töltések újraeloszlása ​​megtörténik a testen. Ez az újraelosztás egy rövid távú elektromos áram, amely nem a felszínen, hanem a test belsejében halad át.

5. dia

Miért ülnek a madarak büntetlenül a nagyfeszültségű átviteli vezetékeken?

A huzalon ülő madár teste a lánc egy ága, amely párhuzamosan kapcsolódik a vezetéknek a madár lábai közötti szakaszához. Ha az áramkör két szakaszát párhuzamosan kapcsoljuk össze, a bennük lévő áramok nagysága fordítottan arányos az ellenállással. A madár testének ellenállása óriási a kis hosszúságú vezető ellenállásához képest, így a madár testében elhanyagolható és ártalmatlan az áramerősség. Azt is hozzá kell tenni, hogy a madár lábai közötti területen kicsi a potenciálkülönbség.

6. dia

Hal és villany.

A Halak kisüléseket használnak: hogy megvilágítsák útjukat; az áldozat védelme, megtámadása és elkábítása; - jeleket továbbítani egymásnak, és előre észlelni az akadályokat

7. dia

A leghíresebb elektromos halak az elektromos angolna, az elektromos rája és az elektromos harcsa. Ezeknek a halaknak speciális szerveik vannak az elektromos energia felhalmozására. A közönséges izomrostokban fellépő kis feszültségeket itt foglaljuk össze, sok egyedi elem egymás utáni beépítése miatt, amelyeket idegek kötnek össze, mint a vezetők, hosszú akkumulátorokká.

8. dia

Stingrays.

"Ez a hal elaltatja azokat az állatokat, amelyeket el akar fogni, azáltal, hogy elnyomja őket a testében élő ütés erejével." Arisztotelész

9. dia

Som.

Az elektromos szervek szinte a hal testének teljes hosszában helyezkednek el, legfeljebb 360 V feszültségű kisüléseket adnak.

10. dia

ELEKTROMOS ANGOLNA

A trópusi Amerika folyóiban élő angolnák rendelkeznek a legerősebb elektromos szervekkel. Kisüléseik elérik a 650 V feszültséget.

dia 11

A mennydörgés az egyik szörnyű jelenség.

A mennydörgés és a villámlás egyike azon félelmetes, de fenséges jelenségeknek, amelyekre az ember az ókor óta készen áll. Dühöngő elem. Vakító óriás villámlás, félelmetes mennydörgés, felhőszakadás és jégeső formájában esett rá. A zivatartól való félelemben az emberek istenítették, az istenek eszközének tartották.

dia 12

Villám

Leggyakrabban olyan villámokat figyelünk meg, amelyek egy kanyargó folyóhoz hasonlítanak mellékfolyókkal. Az ilyen villámokat lineárisnak nevezik, hossza a felhők között kisütve meghaladja a 20 km-t. Más típusú villámok sokkal ritkábban láthatók. A légkörben lineáris villám formájában fellépő elektromos kisülés elektromos áram. Ráadásul az áramerősség 0,2-0,3 másodperc alatt változik. Az összes villámlás körülbelül 65%-a. Amelyek nálunk megfigyelhetők, áramértéke 10 000 A, de ritkán éri el a 230 000 A-t. A villámcsatorna, amelyen az áram folyik, nagyon forró és fényesen világít. A csatorna hőmérséklete eléri a több tízezer fokot, a nyomás emelkedik, a levegő kitágul, mintha forró gázok robbanása haladna át. Ezt mennydörgésként fogjuk fel. Egy földi tárgyba való villámcsapás tüzet okozhat.

dia 13

Amikor a villám belecsap, például egy fába. Felmelegszik, a nedvesség elpárolog belőle, a keletkező gőz és a felmelegedett gázok nyomása pedig pusztuláshoz vezet. Az épületek villámkisülések elleni védelmére villámhárítókat használnak, amelyek egy fémrúd, amely a védett objektum fölé emelkedik.

14. dia

Villám.

Lombhullató fákban az áram a törzsön belül halad át a mag mentén, ahol sok lé van, ami az áram hatására felforr, és a gőzök megtörik a fát.

Az összes dia megtekintése

Továbbra is megjelentetjük az V. Potanin Jótékonysági Alapítványtól támogatásban részesült fiatal egyetemi tanárok által tartott népszerű tudományos előadásokat. Ezúttal a szaratovi Humán- és Állatélettani Tanszék docense előadásának bemutatóját ajánljuk az olvasók figyelmébe. állami Egyetemőket. N. G. Chernyshevsky, a biológiai tudományok kandidátusa, Oksana Semyachkina-Glushkovskaya.

Élő erőművek

Az elektromosság néha láthatatlan, de létfontosságú szerepet játszik számos organizmus, köztük az ember létezésében.

Meglepő módon az elektromosság az állatoknak, különösen az elektromos halaknak köszönhetően került életünkbe. Például az orvostudomány elektrofiziológiai irányzatának alapja az elektromos korcsolya orvosi eljárásokban való alkalmazása. Az élő áramforrásokat először a híres ókori római orvos, Claudius Galen vezette be orvosi gyakorlatába. Egy gazdag építész fiát, Galenust kapta vele együtt jó oktatás lenyűgöző örökség, amely lehetővé tette számára, hogy több éven át utazzon a Földközi-tenger partjain. Egy napon az egyik kis faluban Galen furcsa látványt látott: két helyi lakos sétált feléje, fejére kötött rájákkal. Ezt a „fájdalomcsillapítót” gladiátorsebek kezelésére használták Rómában, ahová Galenus visszatért, miután befejezte útját. A különös gyógytorna olyan hatásosnak bizonyult, hogy még a hátfájástól szenvedő Mark Antony császár is szokatlan kezelési módszer alkalmazására merészkedett. Miután megszabadult egy legyengítő betegségétől, a császár Galént személyes orvosnak nevezte ki.

Sok elektromos hal azonban távolról sem békés célokra használja az áramot, különösen azért, hogy megölje zsákmányát.

Az európaiak először találkoztak szörnyű, élő erőművekkel a dzsungelben Dél Amerika. Az Amazonas felső szakaszán behatoló kalandorok egy különítménye sok kis patakra bukkant. Ám amint az expedíció egyik tagja a patak meleg vizébe lépett, eszméletlen lett, és két napig ebben az állapotban maradt. Minden az elektromos angolnákról szólt, amelyek ezeken a szélességi fokokon élnek. A három méter hosszú Amazonas elektromos angolnák 550 V-nál nagyobb feszültségű áramot képesek termelni. friss víz elkábítja a zsákmányt, amely általában halakból és békákból áll, de akár embert, sőt lovat is megölhet, ha angolna közelében tartózkodik a kisütéskor.

Nem tudni, hogy az emberiség mikor veszi fel komolyan az áramot, ha nem az a csodálatos esemény, amely a híres bolognai professzor, Luigi Galvani feleségével történt. Nem titok, hogy az olaszok híresek széles körű ízlési preferenciáikról. Ezért nem idegenkednek attól, hogy időnként békacombokat kényeztessenek. A nap esős volt, erős szél fújt. Amikor Senora Galvani belépett a hentesboltba, szörnyű kép tárult a szeme elé. Az elhullott békák lábai, mintha élnének, megrándultak, amikor egy erős széllökésben hozzáértek a vaskorláthoz. A señora annyira felbosszantotta férjét a mészáros gonosz szellemekkel való közelségéről szóló történeteivel, hogy a professzor úgy döntött, maga is kideríti, mi is történik valójában.

Ez a nagyon boldog alkalom volt, amely egyszerre fordult meg az olasz anatómus és fiziológus életében. A békacombokat hazahozva Galvani meg volt győződve felesége szavainak valódiságáról: nagyon megrándultak, amikor vastárgyakat érintettek. A professzor ekkor még csak 34 éves volt. A következő 25 évet azzal töltötte, hogy ésszerű magyarázatot találjon erre a csodálatos jelenségre. Sok éves munka eredménye a Treatises on the Power of Electricity in Muscular Movement című könyv, amely igazi bestseller lett, és sok kutató elméjét izgatta. Először kezdtek arról beszélni, hogy mindannyiunkban ott van az elektromosság, és az idegek egyfajta „villanyvezetékek”. Galvaninak úgy tűnt, hogy az izmok elektromosságot halmoznak fel magukban, és amikor összehúzódnak, kibocsátják azt. Ez a hipotézis további kutatást igényelt. A Bonaparte Napóleon hatalomra jutásával kapcsolatos politikai események azonban megakadályozták, hogy a professzor befejezze a kísérleteket. Szabadgondolkodása miatt Galvanit szégyenteljesen kizárták az egyetemről, és egy évvel e tragikus események után hatvanegy éves korában meghalt.

A sors mégis azt akarta, hogy Galvani munkái folytatódjanak. Galvani honfitársa, Alessandro Volta, miután elolvasta könyvét, arra a következtetésre jutott, hogy az élő elektromosság alapja kémiai folyamatok, és megalkotta a számunkra ismerős akkumulátorok prototípusát.

Az elektromosság biokémiája

Még két évszázad telt el, mire az emberiségnek sikerült felfednie az élő elektromosság titkát. Amíg fel nem találták elektron mikroszkóp, a tudósok el sem tudták képzelni, hogy a ketrec körül valódi „vám” van, a maga szigorú „útlevél-ellenőrzési” szabályaival. Az állati sejt membránja - egy vékony, szabad szemmel nem látható héj -, amely félig áteresztő tulajdonságokkal rendelkezik, megbízható biztosítéka a sejt életképességének (homeosztázisának megőrzésének).

De vissza az elektromossághoz. Mi a kapcsolat a sejtmembrán és az élő elektromosság között?

Tehát a 20. század első fele, 1936. Angliában John Jung zoológus boncolási technikát ad ki idegrost fejlábúak. A szál átmérője elérte az 1 mm-t. Egy ilyen, szemmel látható „óriási” ideg megőrizte azt a képességét, hogy a testen kívül is áramot tudjon vezetni tengervíz. Itt van az "arany kulcs", amellyel megnyílik az ajtó az élő elektromosság titkaihoz. Mindössze három év telt el, és Jung honfitársai – Andrew Huxley professzor és tanítványa, Alan Hodgkin elektródákkal felfegyverkezve – kísérletsorozatot állítottak fel ezen az idegen, amelyek eredményei felforgatták a világnézetet, és „zöld utat gyújtottak” az elektrofiziológia felé vezető úton.

E tanulmányok kiindulópontja Galvani könyve volt, nevezetesen a sérülésáram leírása: ha az izmot elvágják, akkor "kiömlik" belőle az elektromos áram, ami serkenti az összehúzódását. Annak érdekében, hogy megismételje ezeket a kísérleteket egy idegen, Huxley átszúrta egy idegsejt membránját két olyan vékony elektródával, mint a szőrszálak, így azokat a tartalmába (citoplazmába) helyezte. De itt a kudarc! Nem tudta regisztrálni az elektromos jeleket. Aztán kivette az elektródákat, és az ideg felszínére helyezte. Az eredmény szomorú volt: semmi. Úgy tűnt, a szerencse hátat fordított a tudósoknak. Az utolsó lehetőség maradt - az egyik elektródát az ideg belsejébe helyezni, a másikat pedig a felületén hagyni. És itt van, szerencsés szünet! Már 0,0003 másodperc elteltével egy élő sejtből származó elektromos impulzust regisztráltak. Nyilvánvaló volt, hogy ebben a pillanatban nem támadhat fel újra az impulzus. Ez csak egyet jelentett: a töltés egy nyugvó ép cellára összpontosul.

A következő években számtalan más sejten is végeztek hasonló kísérleteket. Kiderült, hogy minden sejt töltve van, és a membrán töltése elengedhetetlen tulajdonsága az életében. Amíg a sejt él, van töltése. Azonban továbbra sem volt világos, hogyan töltődik a cella? Jóval Huxley kísérletei előtt N. A. Bernstein orosz fiziológus (1896–1966) kiadta Elektrobiológia (1912) című könyvét. Ebben, mint egy látnok, elméletileg feltárta az élő elektromosság fő titkát - a sejttöltés biokémiai mechanizmusait. Meglepő módon néhány évvel később ez a hipotézis fényesen beigazolódott Huxley kísérletei során, amelyekért Nobel-díjat kapott. Tehát mik ezek a mechanizmusok?

Mint tudod, minden zseniális egyszerű. Így ebben az esetben is kiderült. Testünk 70%-ban vízből, vagy inkább sók és fehérjék oldatából áll. Ha belenézünk a sejt belsejébe, kiderül, hogy annak tartalma túltelített K + ionokkal (kb. 50-szer több van bennük, mint kívül). A sejtek között, az intercelluláris térben a Na + ionok vannak túlsúlyban (kb. 20-szor több van itt, mint a sejtben). Az ilyen egyensúlyhiányt aktívan fenntartja a membrán, amely a forgalomirányítóhoz hasonlóan egyes ionokat átenged a „kapuján”, másokat pedig nem enged át.

A membrán, mint egy keksztorta, két laza réteg összetett zsírokból (foszfolipidekből) áll, amelyek vastagságán gyöngyökként hatolnak be a fehérjék, amelyek sokféle funkciót látnak el, különösen egyfajta „kapuként” vagy csatornáként szolgálhatnak. Az ilyen fehérjék belsejében lyukak vannak, amelyek speciális mechanizmusok segítségével nyithatók és zárhatók. Minden iontípusnak megvannak a maga csatornái. Például a K + ionok mozgása csak K + csatornákon, a Na + - pedig Na + csatornákon keresztül lehetséges.

Amikor a sejt nyugalmi állapotban van, a zöld lámpa világít a K+-ionok számára, és szabadon hagyják el a sejtet csatornáikon keresztül, és oda tartanak, ahol kevesen vannak, hogy egyensúlyba hozzák a koncentrációt. Emlékszel az iskolai fizika tapasztalataira? Ha veszünk egy pohár vizet, és hígított kálium-permanganátot (kálium-permanganátot) csepegtetünk bele, akkor egy idő után a színezőanyag molekulái egyenletesen kitöltik az üveg teljes térfogatát, rózsaszínűvé festve a vizet. A diffúzió klasszikus példája. Hasonlóan történik ez a K+-ionokkal is, amelyek bőségesen fordulnak elő a sejtben, és mindig szabad kilépéssel rendelkeznek a membránon keresztül. Az ionok ugyanaz a Na +, mint egy személy non grata, nem rendelkeznek kiváltságokkal a nyugvó sejt membránjából. Ebben a pillanatban a membrán olyan számukra, mint egy bevehetetlen erőd, szinte lehetetlen áthatolni rajta, mivel minden Na + csatorna zárva van.

De mi köze ehhez az elektromosságnak, mondod? A helyzet az, hogy amint fentebb említettük, testünk oldott sókból és fehérjékből áll. Ebben az esetben sókról beszélünk. Mi az oldott só? Összekapcsolt pozitív kationok és savak negatív anionjainak duettje. Például a kálium-klorid oldat K + és Cl - stb. Mellesleg a gyógyászatban intravénás infúziókhoz széles körben használt sóoldat nátrium-klorid - NaCl ( asztali só) 0,9%-os koncentrációban.

Természetes körülmények között egyszerűen nincsenek egyedül K + vagy Na + ionok, mindig megtalálhatók savas anionokkal - SO 4 2–, Cl –, PO 4 3– stb. normál körülmények között a membrán áthatolhatatlan a negatív részecskékkel szemben. Ez azt jelenti, hogy amikor a K + ionok áthaladnak a csatornáikon, a hozzájuk kapcsolódó anionok, mint a mágnesek, követik őket, de mivel nem tudnak kimenni, felhalmozódnak a membrán belső felületén. Mivel a sejten kívül, az intercelluláris térben a Na + ionok dominálnak, vagyis a pozitív töltésű részecskék, plusz a K + ionok folyamatosan szivárognak beléjük, ezért a membrán külső felületén a pozitív, a belső felületén negatív töltés koncentrálódik. Tehát a nyugalomban lévő sejt "mesterségesen" korlátozza két fontos ion - a K + és a Na + - egyensúlyának felbomlását, ami miatt a membrán polarizálódik a két oldalán lévő töltéskülönbség miatt. A sejt nyugalmi töltését nyugalmi membránpotenciálnak nevezzük, amely körülbelül -70 mV. Huxley ekkora töltést rögzített először egy puhatestű óriás idegében.

Amikor kiderült, honnan származik az „elektromosság” egy nyugalmi sejtben, azonnal felmerült a kérdés: hová megy, ha a sejt dolgozik, például izmaink összehúzódása esetén? Az igazság a felszínen feküdt. Elég volt belenézni a sejtbe annak gerjesztésének pillanatában. Amikor egy sejt külső vagy belső hatásokra reagál, abban a pillanatban minden Na + csatorna villámgyorsan megnyílik, mintha parancsra lenne, és a Na + ionok, mint egy hógolyó, a másodperc töredéke alatt berohannak a sejtbe. Így egy pillanat alatt, a sejt gerjesztett állapotában a Na + ionok kiegyenlítik koncentrációjukat a membrán mindkét oldalán, a K + ionok még lassan elhagyják a sejtet. A K + -ionok felszabadulása olyan lassú, hogy amikor a Na + -ion végre áttöri a membrán impregnálhatatlan falait, még mindig jónéhány ott marad belőlük. Most a sejt belsejében, nevezetesen a membrán belső felületén, többlet pozitív töltés fog koncentrálódni. Külső felületén negatív töltés lesz, mivel a K +-hoz hasonlóan negatív anionok egész hada rohan majd a Na + mögé, amelyre a membrán még át nem eresztő. A külső felületén elektrosztatikus vonzási erők tartják, ezek a sókból származó "töredékek" itt negatív elektromos mezőt hoznak létre. Ez azt jelenti, hogy a cella gerjesztésének pillanatában töltésfordulatot fogunk megfigyelni, vagyis az előjelében az ellenkezőjére változik. Ez megmagyarázza, hogy a töltés miért változik negatívról pozitívra, amikor a sejtet gerjesztik.

Van még egy fontos pont, amit Galvani leírt az ókorban, de nem tudta helyesen megmagyarázni. Amikor a Galvani megsértett egy izmot, az összehúzódott. Aztán úgy tűnt neki, hogy ez egy káráram, és „kiömlött” az izomból. Bizonyos mértékig szavai prófétaiak voltak. A cella elveszti a töltését, amikor működik. A töltés csak akkor létezik, ha különbség van a Na + /K + -ionok koncentrációja között. Amikor egy sejtet gerjesztenek, a Na + ionok száma a membrán mindkét oldalán azonos, és a K + azonos állapotba hajlik. Ezért a cella gerjesztésekor a töltés csökken, és egyenlővé válik +40 mV-tal.

Amikor a „gerjesztés” talányát megoldották, elkerülhetetlenül felmerült egy másik kérdés: hogyan tér vissza a sejt normális állapotába? Hogyan keletkezik megint a töltés rajta? Végül is nem hal meg, miután dolgozott. Valóban, néhány év után ezt a mechanizmust megtalálták. Kiderült, hogy a membránba épített fehérje, de szokatlan fehérje volt. Egyrészt ugyanúgy nézett ki, mint a fehérjecsatornák. Másrészt pedig, társaitól eltérően, ez a fehérje "sokat vett igénybe a munkájához", nevezetesen a sejt számára oly értékes energiát. Sőt, a munkájához megfelelő energiának speciálisnak kell lennie, ATP-molekulák (adenozin-trifoszforsav) formájában. Ezeket a molekulákat speciálisan a sejt "energia állomásain" - mitokondriumokon - szintetizálják, ott gondosan tárolják, és szükség esetén speciális hordozók segítségével rendeltetési helyükre szállítják. Az ezekből a "robbanófejekből" származó energia felszabadul, amikor lebomlanak, és a sejt különféle szükségleteire használják fel. Esetünkben erre az energiára különösen a Na/K-ATPáz nevű fehérje működéséhez van szükség, amelynek fő funkciója az, hogy egy űrsiklóhoz hasonlóan a Na +-t, az ellenkező irányba pedig a K +-t szállítsa ki a sejtből.

Így az elvesztett erő helyreállítása érdekében dolgozni kell. Gondolj csak bele, van itt egy igazi paradoxon. Amikor egy sejt működik, ez a folyamat passzívan megy végbe a sejtmembrán szintjén, és a pihenéshez energiára van szüksége.

Hogyan "beszélnek" egymással az idegek

Ha megszúrja az ujját, a kéz azonnal visszahúzódik. Azaz a bőrreceptorokra gyakorolt ​​mechanikai hatással az adott lokális ponton keletkezett gerjesztés eléri az agyat és visszatér a perifériára, hogy megfelelően reagálhassunk a helyzetre. Ez egy példa a veleszületett reakcióra, ill feltétlen reflexek, amelyek számos védekező reakciót tartalmaznak, mint például pislogás, köhögés, tüsszögés, vakarás stb.

Hogyan tud továbbhaladni az egyik sejt membránján keletkezett gerjesztés? Mielőtt megválaszolnánk ezt a kérdést, ismerkedjünk meg egy idegsejt - egy neuron - felépítésével, amelynek "életének" értelme a gerjesztés vagy idegimpulzusok vezetése.

Tehát egy neuron, mint egy repülő üstökös, egy idegsejt testéből áll, amely körül sok kis folyamat - dendritek és hosszú "farok" - egy axon található, mint egy halo. Ezek a folyamatok egyfajta vezetékként szolgálnak, amelyeken keresztül az "élő áram" folyik. Mert mindezt összetett szerkezet egysejtű, akkor az idegsejt folyamatai ugyanolyan ionkészlettel rendelkeznek, mint a testé. Mi a neuron lokális szakaszának gerjesztésének folyamata? Ez külső és belső környezete „nyugalmának” egyfajta megzavarása, amely az ionok irányított mozgása formájában fejeződik ki. A gerjesztés azon a helyen keletkezett, ahol az inger esett, majd a lánc mentén ugyanazok az elvek szerint terjed, mint ezen a területen. Csak most a szomszédos területek irritálója nem külső inger lesz, hanem belső folyamatok, amelyeket a Na + és K + ionok áramlása és a membrán töltésének változása okoz. Ez a folyamat hasonló ahhoz, ahogy a hullámok a vízbe dobott kavicsból terjednek. Akárcsak egy kavics esetében, az idegrost membránja mentén körkörös hullámokban terjednek a bioáramok, amelyek egyre távolabbi területek gerjesztését okozzák.

A kísérletben a lokális pontból származó gerjesztés mindkét irányba tovább terjed. Valós körülmények között az idegimpulzusok vezetése egyirányú. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a dolgozott területnek pihennie kell. És az idegsejt többi része, amint azt már tudjuk, aktív, és energiaköltségekkel jár. Egy sejt gerjesztése a töltésének „elvesztése”. Éppen ezért, amint a sejt működik, a gerjesztő képessége élesen csökken. Ezt az időszakot tűzállónak nevezik, a francia szóból refractaire- immunis. Az ilyen immunitás lehet abszolút (közvetlenül a gerjesztés után) vagy relatív (mivel a membrán töltése helyreáll), amikor lehetséges a válasz kiváltása, de túlzottan erős ingerekkel.

Ha felteszi magának a kérdést - milyen színű az agyunk, akkor kiderül, hogy túlnyomó többsége, néhány kivételtől eltekintve, szürke-fehér tónusú. Az idegsejtek teste és rövid nyúlványai szürkék, míg a hosszú folyamatok fehérek. Fehérek, mert a tetejükön további szigetelés található "zsír" vagy mielinpárna formájában. Honnan származnak ezek a párnák? A neuron körül speciális sejtek találhatók, amelyeket a német neurofiziológusról neveztek el, aki először leírta őket - Schwann-sejtek. A dadákhoz hasonlóan segítik a neuron növekedését, és különösen mielint választanak ki, amely egyfajta „zsír” vagy lipid, amely gondosan beburkolja a növekvő neuron területeit. Egy ilyen felszerelés azonban nem fedi le a hosszú folyamat teljes felületét, hanem külön területeket, amelyek között az axon csupasz marad. A csupasz helyeket Ranvier elfogásának nevezik.

Érdekes, de a gerjesztés vezetési sebessége attól függ, hogy az idegfolyamat hogyan „öltözik”. Nem nehéz kitalálni, hogy létezik egy speciális „ruházati egyenruha”, amely növeli a bioáramok idegi áthaladásának hatékonyságát. Valójában, ha a szürke dendritekben a gerjesztés úgy mozog, mint egy teknős (0,5-3 m / s), szekvenciálisan, egyetlen szakasz kihagyása nélkül, akkor a fehér axonban az idegimpulzusok a Ranvier „csupasz” területein ugrálnak, ami jelentősen megnöveli vezetésük sebességét 120 m / s-ig. Az ilyen gyors idegek főleg az izmokat beidegzik, védelmet nyújtva a testnek. A belső szerveknek nincs szükségük ilyen sebességre. Például a hólyag hosszan megnyúlhat, és impulzusokat küldhet a túlcsordulására, miközben a kéznek azonnal el kell húzódnia a tűztől, különben károsodással fenyeget.

Egy felnőtt agya átlagosan 1300 g-ot nyom, ez a tömeg 10 10 idegsejt. Ilyen hatalmas számú neuron! Milyen mechanizmusok segítségével jut el a gerjesztés az egyik sejtből a másikba?

Az idegrendszeri kommunikáció titkának megfejtésének megvan a maga története. A 19. század közepén Claude Bernard francia fiziológus értékes csomagot kapott Dél-Amerikából curare méreggel, ugyanazzal, amivel az indiánok a nyílhegyeket kenték. A tudós szívesen tanulmányozta a mérgek testre gyakorolt ​​hatását. Köztudott volt, hogy egy ilyen méreggel sújtott állat fulladásban hal meg a légzőizmok bénulása miatt, de senki sem tudta pontosan, hogyan működik a villámgyilkos. Ennek megértése érdekében Bernard egy egyszerű kísérletet végzett. Feloldotta a mérget egy Petri-csészében, odahelyezett egy ideget tartalmazó izmot, és látta, hogy ha csak az ideg is belemerül a méregbe, az izom egészséges marad és még működhet. Ha csak egy izmot mérgeznek meg méreggel, akkor ebben az esetben az összehúzódási képessége megmarad. És csak akkor, amikor az ideg és az izom közötti területet a méregbe helyezték, akkor lehetett megfigyelni a mérgezés tipikus képét: az izom még nagyon erős elektromos behatásokra sem volt képes összehúzódni. Nyilvánvalóvá vált, hogy az ideg és az izom között „rés” van, amelyre a méreg hat.

Kiderült, hogy az ilyen "törések" bárhol megtalálhatók a testben, mindenben neurális hálózat szó szerint tele van velük. Más anyagokat is találtak, például a nikotint, amely szelektíven hatott az ideg és az izom közötti titokzatos helyekre, és összehúzódott. Ezeket a láthatatlan kapcsolatokat eleinte myoneurális kapcsolatnak nevezték, majd Charles Sherrington angol neurofiziológus a szinapszis nevet adta nekik. Latin szó szinapszis kapcsolat, kapcsolat. Otto Levi osztrák farmakológus azonban véget vetett ennek a történetnek, akinek sikerült közvetítőt találnia az ideg és az izom között. Azt mondják, hogy álmában azt álmodta, hogy egy bizonyos anyag "kiömlött" az idegből, és megdolgoztatta az izmokat. Másnap reggel határozottan úgy döntött: ezt az anyagot kell keresni. És megtalálta! Minden nagyon egyszerűnek bizonyult. Levi vett két szívet, és kiemelte az egyik legnagyobb idegét. nervus vagus. Előre számítva, hogy valami kiemelkedik belőle, összekötötte ezt a két „izmos motort” egy csőrendszerrel, és elkezdte irritálni az ideget. Levi tudta, hogy amikor ingerült volt, megállt a szíve. Azonban nemcsak a szív, amelyre az irritált ideg hatott, megállt, hanem a második, amelyhez oldattal kapcsolódott. Kicsit később Levynek sikerült elkülönítenie ezt az anyagot tiszta formában, amelyet "acetilkolinnak" neveztek. Így cáfolhatatlan bizonyítékot találtak egy közvetítő jelenlétére az ideg és az izom közötti "beszélgetésben". Ezt a felfedezést Nobel-díjjal jutalmazták.

Aztán minden sokkal gyorsabban ment. Kiderült, hogy a Levi által felfedezett idegek és izmok közötti kommunikáció elve univerzális. Egy ilyen rendszer segítségével nem csak az idegek és az izmok kommunikálnak, hanem maguk az idegek is kommunikálnak egymással. Annak ellenére azonban, hogy az ilyen kommunikáció elve egy, a közvetítők, vagy ahogy később kezdték el jelölni, a közvetítők (a latin szóból). közvetítő- közvetítő), eltérő lehet. Minden idegnek megvan a sajátja, akár egy passznak. Ezt a mintát Henry Dale angol farmakológus alakította ki, amiért Nobel-díjat is kapott. Így a neurális kommunikáció nyelve világossá vált, már csak látni kellett, hogyan is néz ki ez a kialakítás.

Hogyan működik a szinapszis

Ha elektronmikroszkópon keresztül nézünk egy neuront, látni fogjuk, hogy olyan, mint egy karácsonyfa, mindegyik gombokkal van felakasztva. Csak egy neuronon akár 10 000 ilyen „gomb”, vagy – sejtetted – szinapszis lehet. Nézzünk meg egyet közelebbről. Mit fogunk látni? A neuron terminális szakaszán a hosszú folyamat megvastagodik, így számunkra gomb formájában jelenik meg. Ebben a megvastagodásban az axon elvékonyodik, és mielin formájában elveszti fehér köntösét. A "gomb" belsejében hatalmas számú buborék található, amelyek valamilyen anyaggal vannak feltöltve. 1954-ben George Palade úgy sejtette, hogy ez nem más, mint a közvetítők tárháza (20 évvel később Nobel-díjat kapott ezért a találgatásért). Amikor a gerjesztés eléri a hosszú folyamat végállomását, a neurotranszmitterek kiszabadulnak a börtönből. Erre Ca 2+ ionokat használnak. A membrán felé haladva egyesülnek vele, majd felrobbannak (exocitózis), és a nyomás alatt lévő mediátor a kettő közötti térbe kerül. idegsejtek amelyet szinaptikus hasadéknak neveznek. Ez elhanyagolható, így a közvetítő molekulák gyorsan bejutnak a szomszédos neuron membránjába, amelyen viszont speciális antennák, vagy receptorok (a latin recipio szóból - venni, venni) vannak, amelyek megfogják a közvetítőt. Ez a "zár kulcsa" elve szerint történik - geometriai alakzat receptor teljes mértékben megfelel a mediátor formájának. A „kézfogás” cseréje után a mediátor és a receptor kénytelen elválni. Találkozásuk nagyon rövid, és a közvetítő számára az utolsó. A másodperc töredéke elegendő ahhoz, hogy a közvetítő gerjesztést kezdjen a szomszédos neuronon, majd speciális mechanizmusok segítségével megsemmisül. És akkor ez a történet újra és újra megismétlődik, és így a végtelenségig fog futni élő elektromosság az „idegszálak” mentén, sok titkot elrejtve előlünk, és ezáltal vonz bennünket titokzatosságával.

Szükséges-e beszélni az elektrofiziológia területén tett felfedezések jelentőségéről? Elég azt mondani, hogy hét Nobel-díjak. Ma a gyógyszeripar oroszlánrésze ezekre az alapvető felfedezésekre épül. Például most fogorvoshoz menni nem így van szörnyű teszt. A lidokain - és Na + -csatornák egyszeri injekciója az injekció beadásának helyén átmenetileg blokkolva lesz. És többé nem fogja érezni a fájdalmas eljárásokat. Fáj a gyomra, az orvos olyan gyógyszereket ír fel (no-shpa, papaverin, platyphyllin stb.), amelyek a receptorok blokkolására épülnek, így a gasztrointesztinális traktusban számos folyamatot elindító mediátor acetilkolin nem tud kapcsolatba lépni velük stb. Az utóbbi időben egy sor központilag ható gyógyszeres gyógyszert fejlesztettek aktívan, amelyek a memória, a beszéd és a funkció javítását célozzák.