Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár
Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.
Hostené na http://www.allbest.ru/
1. Elektrina
2. História
4. Elektrina v prírode
1. Elektrina
Elektrina - súbor javov v dôsledku existencie, interakcie a pohybu elektrických nábojov. Termín zaviedol anglický prírodovedec William Gilbert vo svojej eseji „O magnete, magnetických telesách a veľkom magnete - Zemi“ (1600), ktorá vysvetľuje fungovanie magnetického kompasu a opisuje niektoré experimenty s elektrifikovanými telesami. Zistil, že aj iné látky majú vlastnosť elektrifikovať.
2. História
Jedna z prvých elektriny upútala pozornosť gréckeho filozofa Thalesa v 7. storočí pred Kristom. e., ktorý zistil, že jantár (staroveká gréčtina? lekfspn: elektrón) nosený na vlne získava vlastnosti priťahovania svetelných predmetov. Poznatky o elektrine však dlho nepresahovali túto myšlienku. V roku 1600 sa objavil samotný pojem elektrina („jantár“) a v roku 1663 vytvoril magdeburský purkmistr Otto von Guericke elektrostatický stroj v podobe sírovej gule namontovanej na kovovej tyči, ktorá umožnila pozorovať nielen efekt príťažlivosti, ale aj účinku odpudzovania. V roku 1729 Angličan Stephen Gray uskutočnil experimenty s prenosom elektriny na diaľku a zistil, že nie všetky materiály prenášajú elektrinu rovnakým spôsobom. V roku 1733 Francúz Charles Dufay zistil existenciu dvoch druhov elektriny, skla a živice, ktoré boli odhalené trením skla o hodváb a živice o vlnu. V roku 1745 vytvoril Holanďan Pieter van Mushenbroek prvý elektrický kondenzátor – Leidenskú nádobu.
Prvú teóriu elektriny vytvoril Američan B. Franklin, ktorý považuje elektrinu za „nehmotnú kvapalinu“, tekutinu („Experiments and Observations on Electricity“, 1747). Zavádza tiež pojem kladný a záporný náboj, vynájde bleskozvod a pomocou neho dokazuje elektrickú podstatu blesku. Štúdium elektriny prechádza do kategórie exaktnej vedy po objavení Coulombovho zákona v roku 1785.
Ďalej v roku 1791 Talian Galvani publikoval Pojednanie o silách elektriny vo svalovom pohybe, v ktorom opísal prítomnosť elektrického prúdu vo svaloch zvierat. Ďalšia talianska Volta v roku 1800 vynájde prvý zdroj jednosmerného prúdu – galvanický článok, čo je stĺpec zinkových a strieborných kruhov oddelených papierom namočeným v slanej vode. V roku 1802 Vasilij Petrov objavil voltaický oblúk.
Michael Faraday - zakladateľ teórie elektromagnetického poľa
V roku 1820 objavil dánsky fyzik Oersted elektromagnetická interakcia. Zatvorením a otvorením obvodu prúdom videl kolísanie strelky kompasu umiestnenú v blízkosti vodiča. Francúzsky fyzik Ampère v roku 1821 zistil, že spojenie medzi elektrinou a magnetizmom sa pozoruje iba v prípade elektrického prúdu a chýba v prípade statickej elektriny. Diela Joule, Lenza, Ohma rozširujú chápanie elektriny. Gauss formuluje základnú vetu teórie elektrostatického poľa (1830).
Na základe výskumu Oersteda a Ampéra objavil Faraday v roku 1831 fenomén elektromagnetickej indukcie a vytvoril na jeho základe prvý generátor elektrickej energie na svete zasunutím zmagnetizovaného jadra do cievky a fixovaním výskytu prúdu v závitoch cievky. Faraday objavuje elektromagnetickú indukciu (1831) a zákony elektrolýzy (1834), zavádza pojem elektrických a magnetických polí. Analýza fenoménu elektrolýzy viedla Faradaya k myšlienke, že nositeľom elektrických síl nie je žiadny elektrické kvapaliny a atómy sú častice hmoty. "Atómy hmoty sú nejakým spôsobom vybavené elektrickými silami," hovorí. Faradayove štúdie elektrolýzy zohrali pri vzniku zásadnú úlohu elektronická teória. Faraday tiež vytvoril prvý elektrický motor na svete - drôt s prúdom otáčajúci sa okolo magnetu. Vrcholným úspechom výskumu elektromagnetizmu bolo vyvinutie teórie elektromagnetických javov anglickým fyzikom D. K. Maxwellom. V roku 1873 odvodil rovnice spájajúce elektrické a magnetické charakteristiky poľa.
Pierre Curie objavil piezoelektrinu v roku 1880. V tom istom roku D. A. Lachinov ukázal podmienky na prenos elektriny na veľké vzdialenosti. Hertz experimentálne registruje elektromagnetické vlny (1888).
V roku 1897 objavil Joseph Thomson hmotný nosič elektriny – elektrón, na ktorého miesto v štruktúre atómu neskôr upozornil Ernest Rutherford.
V 20. storočí vznikla teória kvantovej elektrodynamiky. V roku 1967 sa urobil ďalší krok k štúdiu elektriny. S. Weinberg, A. Salam a S. Glashow vytvorili jednotnú teóriu elektroslabých interakcií.
Elektrický náboj je vlastnosťou telies (kvantifikovaná fyzikálne množstvo rovnakého mena), prejavujúce sa predovšetkým v schopnosti vytvárať okolo seba elektrické pole a prostredníctvom neho ovplyvňovať ostatné nabité (teda majúce elektrický náboj) telesá. Elektrické náboje sa delia na kladné a záporné (výber, ktorý náboj nazvať kladný a záporný, sa vo vede považuje za čisto podmienený, ale tento výber už bol urobený historicky a teraz – aj keď podmienene – je každému z nich priradený veľmi špecifický znak poplatky). Telesá nabité nábojom rovnakého znamenia sa odpudzujú a opačne nabité sa priťahujú. Keď sa nabité telesá pohybujú (tak makroskopické telá, ako aj mikroskopické nabité častice, ktoré nesú elektriny vo vodičoch) vzniká magnetické pole a tým dochádza k javom, ktoré umožňujú nadviazať vzťah elektriny a magnetizmu (elektromagnetizmus) (Oersted, Faraday, Maxwell). V štruktúre hmoty sa elektrický náboj ako vlastnosť telies vracia k nabitému elementárne častice Napríklad elektrón má záporný náboj, zatiaľ čo protón a pozitrón majú kladný náboj.
Najvšeobecnejšia fundamentálna veda, ktorej predmetom sú elektrické náboje, ich interakcia a polia nimi generované a pôsobiace na ne (teda takmer úplne pokrývajúca tému elektriny, s výnimkou takých detailov ako napr. elektrické vlastnostišpecifické látky, ako je elektrická vodivosť (a pod.) – to je elektrodynamika. Kvantové vlastnosti elektromagnetických polí, nabitých častíc (a pod.) študuje najhlbšia kvantová elektrodynamika, hoci niektoré z nich možno vysvetliť jednoduchšími kvantovými teóriami.
4. Elektrina v prírode
Nápadným prejavom elektriny v prírode je blesk, ktorého elektrická podstata vznikla v 18. storočí. Blesky už dlho spôsobujú lesné požiare. Podľa jednej z verzií to bol blesk, ktorý viedol k počiatočnej syntéze aminokyselín a vzniku života na Zemi (Millerov experiment - Urey a teória Oparinu - Haldane).
Pre procesy v nervový systémľudí a zvierat, závislosť výkonu je rozhodujúca bunková membrána pre sodíkové ióny na potenciál vnútrobunkového prostredia. Po zvýšení napätia na bunkovej membráne sa sodíkový kanál otvorí na čas rádovo 0,1-1,0 ms, čo vedie k prudkému zvýšeniu napätia, potom sa potenciálny rozdiel na membráne vráti na pôvodnú hodnotu. Opísaný proces sa stručne nazýva nervový impulz. V nervovom systéme zvierat a ľudí sa informácie prenášajú z jednej bunky do druhej nervové impulzy excitácia s trvaním cca 1 ms. Nervové vlákno je valec naplnený elektrolytom. Budiaci signál sa prenáša bez zníženia amplitúdy vplyvom prechodného zvýšenia priepustnosti membrány pre sodíkové ióny.
Mnoho rýb používa elektrinu na svoju ochranu a hľadanie koristi pod vodou. Napäťové výboje juhoamerického elektrického úhora môžu dosiahnuť napätie 500 voltov. Výkon výbojov elektrickej rampy môže dosiahnuť 0,5 kW. Žraloky, mihule a niektoré sumce používajú elektrinu na nájdenie koristi. Elektrický orgán ryby pracuje s frekvenciou niekoľkých stoviek hertzov a vytvára napätie niekoľkých voltov. Elektrické pole je zachytené elektroreceptormi. Predmety vo vode deformujú elektrické pole. Podľa týchto skreslení sa ryby ľahko pohybujú v bahnitej vode.
5. Obraz elektriny v kultúre
V mytológii existujú bohovia schopní vrhať blesky: Gréci majú Dia, Jupiter, Volgenche z panteónu Mari, Agni je boh hinduistov, ktorého jednou z foriem je blesk, Perún je boh hromu v starej ruštine. panteónu, Thor je v severskej mytológii boh hromu a búrok.
Mary Shelleyová sa ako jedna z prvých pokúsila pochopiť obraz elektriny v dráme Frankenstein alebo Moderný Prometheus, kde vystupuje ako sila, ktorou možno oživiť mŕtvoly. V rozprávke od Disneyho Black Cape je antihrdina Megavolt ovládajúci elektrinu a v japonských animáciách a hrách sú elektrickí Pokémoni (najznámejší z nich je Pikachu).
6. Výroba a praktické využitie
faradayov poplatok za elektrinu
Generovanie a prenos
Skoré experimenty v staroveku, ako napríklad Thales s jantárovými palicami, boli v skutočnosti prvými pokusmi o štúdium otázok súvisiacich s výrobou elektrickej energie. Táto metóda je dnes známa ako triboelektrický efekt a hoci môže priťahovať svetelné predmety a vytvárať iskry, v skutočnosti je mimoriadne neúčinná. Funkčný zdroj elektriny sa objavil až v 18. storočí, keď bolo vynájdené prvé zariadenie na jej výrobu – voltaický stĺp. On a jeho moderná verzia, elektrická batéria, sú chemickými zdrojmi elektrického prúdu: základom ich práce je interakcia látok v elektrolyte. Batéria poskytuje možnosť príjmu elektriny v prípade potreby, je multifunkčným a rozšíreným zdrojom energie, ktorý sa dobre hodí na použitie v rôznych podmienkach a situáciách, avšak jeho zásoba energie je obmedzená a po vyčerpaní batérie je potrebné vymeniť alebo nabiť. Na uspokojenie významnejších potrieb vo väčšom objeme musí byť elektrická energia nepretržite vyrábaná a prenášaná cez elektrické vedenie.
Na jeho generovanie sa zvyčajne používajú elektromechanické generátory poháňané buď spaľovaním fosílnych palív, alebo využívaním energie z jadrových reakcií, prípadne pomocou sily vzduchu či vodných prúdov. Moderná parná turbína, ktorú vynašiel C. Parsons v roku 1884, v súčasnosti vyrába približne 80 % všetkej elektriny na svete pomocou jedného alebo druhého zdroja vykurovania. Tieto zariadenia už nepripomínajú Faradayov generátor unipolárnych diskov, ktorý vytvoril v roku 1831, no stále sú založené na princípe ním objavenej elektromagnetickej indukcie – výskyt elektrického prúdu v r. uzavretý okruh keď sa zmení magnetický tok prechádza cez to. bližšie k koniec XIX storočí bol vynájdený transformátor, ktorý umožnil efektívnejšie prenášať elektrickú energiu pri vyššom napätí a menšej sile prúdu. Efektívnosť prenosu energie zase umožnila vyrábať elektrickú energiu v centralizovaných elektrárňach v prospech centralizovaných elektrární a následne ju presmerovať na dosť veľké vzdialenosti ku koncovým spotrebiteľom.
Získavanie elektriny z kinetickej energie vetra si získava na popularite v mnohých krajinách po celom svete
Keďže je ťažké skladovať elektrinu v takých množstvách, ktoré by postačovali v celoštátnom meradle, je potrebné dosiahnuť rovnováhu: vyrábať presne toľko elektriny, koľko spotrebujú používatelia. Na to potrebujú energetické spoločnosti starostlivo predvídať zaťaženie a neustále koordinovať výrobný proces so svojimi elektrárňami. Zároveň je v rezerve určitá kapacita, aby sa poistila elektrická sieť v prípade akýchkoľvek problémov alebo energetických strát.
S postupujúcou modernizáciou a rozvojom ekonomiky štátu rýchlo rastie dopyt po elektrickej energii. Najmä v prípade Spojených štátov predstavoval tento údaj 12 %-ný ročný rast počas prvej tretiny 20. storočia av súčasnosti je podobný pokrok pozorovaný v rýchlo sa rozvíjajúcich ekonomikách, akými sú Čína a India. Historicky rast dopytu po elektrickej energii predstihol podobné ukazovatele pre iné typy nosičov energie. Treba tiež poznamenať, že obavy z vplyvu výroby elektriny na životné prostredie viedla k zameraniu sa na výrobu elektriny prostredníctvom obnoviteľných zdrojov – najmä veternej a vodnej energie.
Aplikácia
elektrická lampa
Použitie elektriny poskytuje pomerne pohodlný spôsob prenosu energie a ako také bolo prispôsobené významnému a stále rastúcemu rozsahu praktických aplikácií. Jedným z prvých verejných spôsobov využitia elektriny bolo osvetlenie; podmienky na to boli vytvorené po vynájdení žiarovky v 70. rokoch 19. storočia. Aj keď elektrifikácia mala svoje riziká, nahradenie otvoreného ohňa elektrickým osvetlením výrazne znížilo počet požiarov v domácnostiach a na pracoviskách.
Vo všeobecnosti bola elektrina od 19. storočia pevne integrovaná do života modernej civilizácie. Elektrina sa používa nielen na osvetlenie, ale aj na prenos informácií (telegraf, telefón, rádio, televízia), ako aj na uvádzanie mechanizmov do pohybu (elektromotor), ktoré sa aktívne využívajú v doprave (električky, metro, trolejbusy, el. vlak) a v domácich spotrebičoch (žehlička, kuchynský robot, práčka, umývačka riadu).
Na získavanie elektriny boli vytvorené elektrárne vybavené elektrickými generátormi a na jej skladovanie - akumulátory a elektrické batérie.
Elektrina sa dnes využíva aj na získavanie materiálov (elektrolýza), na ich spracovanie (zváranie, vŕtanie, rezanie), na zabíjanie zločincov (elektrické kreslo) a na tvorbu hudby (elektrická gitara).
Joule-Lenzov zákon o tepelnom účinku elektrického prúdu určuje možnosti elektrického vykurovania priestorov. Tento spôsob je síce dosť všestranný a poskytuje určitú mieru regulovateľnosti, no možno ho považovať za zbytočne zdrojovo náročný – vzhľadom na to, že výroba elektriny pri ňom už si vyžiadala výrobu tepla v elektrárni. V niektorých krajinách, napríklad v Dánsku, dokonca adoptovali legislatívne normy obmedzenie alebo úplný zákaz používania elektrického vykurovania v nových domoch. Elektrina je zároveň praktickým zdrojom energie pre chladenie a jednou z rýchlo rastúcich oblastí dopytu po elektrickej energii je klimatizácia.
Bibliografia
1. Borgman I.I. - "Elektrina"
2. Matveev A. N. - "Elektrina a magnetizmus"
3. Paul R. V. - "Doktrína elektriny"
4. Tamm I. E. - "Základy teórie elektriny"
5. Franklin V. - "Pokusy a pozorovania o elektrine"
Hostené na Allbest.ru
...Podobné dokumenty
Elektrina - súbor javov v dôsledku existencie, interakcie a pohybu elektrických nábojov. Objav elektriny: diela a teórie prírodovedcov Franklina, Galvaniho, Voltu, Ampéra, Coulomba, Oersteda, Faradaya, Gilberta.
prezentácia, pridané 29.01.2014
Povaha blesku a metódy jeho merania. Výskyt statickej elektriny v dôsledku akumulácie nepohyblivých nábojov. Guľový blesk ako guľový výboj plynu, ku ktorému dochádza, keď udrie obyčajný blesk. Prejav elektrických javov vo voľnej prírode.
abstrakt, pridaný 20.10.2009
Štúdium bioelektrických javov, objav elektrogenézy. Rozvoj myšlienok o povahe "živočíšnej elektriny". Mechanizmy bioelektrických javov. Bernsteinova membránovo-iónová teória. Moderné pohľady o podstate bioelektrických javov.
abstrakt, pridaný 20.04.2012
História objavovania a výskumu elektriny. Vznik a prejav elektrického náboja v prírode. pohyblivé poplatky. Napätie a elektrický prúd. Použitie elektriny v dôsledku trenia alebo statickej elektriny.
abstrakt, pridaný 08.05.2008
Vedecká činnosť M. Faraday - zakladateľ doktríny elektromagnetického poľa. Detekcia chemického pôsobenia elektrického prúdu, vzťah medzi elektrinou a magnetizmom, magnetizmom a svetlom. Objav fenoménu elektromagnetickej indukcie.
prezentácia, pridané 04.06.2010
Etapy rozvoja vedy o elektrine. Teória elektrických javov. Fyzika a živé organizmy, ich vzťah. Elektrina v rôznych triedach živých organizmov. Štúdium toku elektriny u obojživelníkov, pokusy Galvaniho, Alexandra Voltu.
abstrakt, pridaný 20.12.2010
Základné interakcie v prírode, ich Porovnávacie charakteristiky: gravitačná, elektromagnetická. Elektrostatika ako odvetvie doktríny elektriny, ktorá študuje interakcie a vlastnosti systémov nábojov. Formulácia Coulombovho zákona.
prezentácia, pridané 22.08.2015
Podstata a fyzikálne opodstatnenie fenoménu elektrostatickej elektriny, etapy jej výskumu. Úloha Benjamina Franklina a Coulomba pri rozvoji tejto oblasti poznania. Zákon a vzorec Charlesa Augustina de Coulomb, spôsoby jeho vývoja a dôkaz.
prezentácia, pridaná 29.11.2010
Vírivé elektrické pole. Integrálny tvar Maxwellových rovníc. Jednotná teória elektrických a magnetických javov. Koncept predpätia prúdu. Maxwellov postulát vyjadrujúci zákon vzniku elektrických polí pôsobením nábojov v ľubovoľných médiách.
prezentácia, pridané 24.09.2013
Základné interakcie v prírode. Interakcia elektrických nábojov. Vlastnosti elektrického náboja. Zákon zachovania elektrického náboja. Formulácia Coulombovho zákona. vektorový tvar a fyzický význam Coulombov zákon. Princíp superpozície.
Elektrina nie je len vlastnosťou našej civilizácie, ryby sa ju naučili využívať dávno pred objavením sa ľudí. Elektrický lúč, úhor a viac ako 300 druhov má elektrické orgány, ktoré sú modifikovanými svalmi. Tieto orgány sú schopné generovať impulzy až do 5 kilowattov a potenciálny rozdiel až 1200 voltov, čo môže byť pre ľudí mimoriadne nebezpečné. Ryby používajú tieto orgány rôznymi spôsobmi: na lov, na prilákanie koristi, na navigáciu a dokonca na vytváranie kyslíka z vody na dýchanie. 
Nílsky slon a amazonský nožiar používajú elektrické orgány iba na navigáciu, podobne ako netopiere navigujú pomocou echolokácie. Vytvárajú okolo seba slabé elektrické pole a predmet, ktorý sa doň dostane, spôsobuje skreslenie, ktoré závisí od jeho vodivosti. Tieto deformácie rýb sú čítané elektroreceptormi na koži a interpretované na vytvorenie trasy. Niečo ako detektor kovov.
Elektrické úhory sú sladkovodné ryby, sú schopné generovať najsilnejšie elektrické výboje, samozrejme, takáto sila sa používa ako zbraň na odplašenie predátorov a omráčenie obetí. Akné sa stalo obzvlášť populárnym v Viktoriánska éra keď sa vedci začali zaujímať o elektrinu. Sumec elektrický, tiež sladkovodný obyvateľ, a podobne ako úhor používa tento orgán ako zbraň. Vďaka elektrickému výboju, ktorý rozkladá molekuly vody na kyslík a vodík, je voda v okolí týchto rýb obohatená o kyslík, ktorý ešte viac láka potenciálnu korisť. Výboje týchto sladkovodných predátorov sú pre ľudí nebezpečné, môžu a nemusia zabíjať, ale bude to veľmi bolestivé.
Elektrický rejnok - morský obyvateľ, má extrémne slabý zrak, čo kompenzuje elektropríjmom, okrem orientácie pomocou elektrických výbojov dokážu tieto chrupavkovité ryby zabiť dosť veľká obeta. Tiež veľmi nebezpečné.
Toto sú len najznámejší majitelia elektrických organov, no ich rozmanitosť je skutočne obrovská a mimoriadne zaujímavá.
Elektrické orgány sa ukázali byť také užitočné, že ryby sa v priebehu svojej existencie vyvinuli 6-krát nezávisle (podľa najnovšieho genetického výskumu publikovaného v Science)! Napriek tomu sú skupiny génov zapojených do tvorby elektrocytov (buniek zodpovedných za výrobu elektriny) veľmi podobné u všetkých druhov, inými slovami, použili rovnaké genetické nástroje na transformáciu svalových buniek na špecifické bunky na bunkovej úrovni. v raných štádiách vývoja.štruktúry elektrického orgánu. Všetky svalové bunky (nielen ryby) majú elektrický potenciál a pri kontrakcii sa môže na povrchu tela zaznamenať malé elektrické napätie. Práve tento potenciálny rozdiel sa meria napríklad pri elektrokardiograme. Asi pred 100 miliónmi rokov sa ryby naučili znásobovať tento potenciál premenou svalových buniek na oveľa väčšie elektrocyty. Spoločne sú tieto bunky schopné generovať veľmi silné náboje.
(Lindsay Block alias bionická žena)
Takéto štúdie majú tiež aplikovanú hodnotu. Ak pochopíme, ako sa tvoria elektrocyty na molekulárnej úrovni, môžeme to využiť v biotechnológiách na vytvorenie „živých batérií“, ktoré môžu napájať bionické protézy a iné medicínske zariadenia, ktoré zlepšujú kvalitu života ľudí. Len si pomyslite – elektronika, ktorá je poháňaná samotným ľudským telom a nie sú potrebné žiadne batérie!
snímka 2
História objavu elektrického javu
Prvýkrát na elektrický náboj upozornil Táles z Milétu v roku 600 pred Kristom. Zistil, že jantár, ktorý sa nosí na vlne, nadobudne vlastnosti, aby priťahoval ľahké predmety: chmýří, kúsky papiera. Neskôr sa verilo, že túto vlastnosť má iba jantár. IN polovice sedemnásteho storočia Otto von Garike vyvinul elektrický trecí stroj. Okrem toho objavil vlastnosť elektrického odpudzovania unipolárne nabitých predmetov a v roku 1729 anglický vedec Stephen Gray objavil oddelenie telies na vodiče elektrického prúdu a izolanty. Čoskoro jeho kolega Robert Simmer pri pozorovaní elektrifikácie svojich hodvábnych pančúch dospel k záveru, že elektrické javy sú spôsobené rozdelením telies na kladný a záporný náboj. Telesá pri trení o seba spôsobujú elektrizáciu týchto telies, to znamená, že elektrifikácia je nahromadenie náboja rovnakého typu na tele a náboje toho istého znamenia sa navzájom odpudzujú a náboje opačné znamienko sa priťahujú k sebe a kompenzujú pri pripojení, čím sa telo stáva neutrálnym (nenabitým). V roku 1729 Charles Du Fay zistil, že existujú dva druhy poplatkov. Experimenty, ktoré vykonal Dufay, uviedli, že jeden z nábojov sa vytvára pri trení skla o hodváb a druhý pri trení živice o vlnu. Koncept pozitívneho a negatívneho náboja zaviedol nemecký prírodovedec Georg Christoph. Prvým kvantitatívnym výskumníkom bol zákon interakcie nábojov, ktorý experimentálne stanovil v roku 1785 Charles Coulomb pomocou ním vyvinutej citlivej torznej rovnováhy.
snímka 3
Prečo elektrifikovaným ľuďom vstávajú vlasy?
Vlasy sú elektrizované rovnakým nábojom. Ako viete, náboje s rovnakým názvom sa navzájom odpudzujú, takže vlasy, ako listy papierového sultána, sa rozchádzajú vo všetkých smeroch. Ak je akékoľvek vodivé teleso, vrátane ľudského, izolované od zeme, potom môže byť nabité na vysoký potenciál. Takže pomocou elektrostatického stroja možno ľudské telo nabiť na potenciál desiatok tisíc voltov.
snímka 4
Ovplyvňuje v tomto prípade elektrický náboj umiestnený na ľudskom tele nervový systém?
Ľudské telo- vodič elektriny. Ak je izolovaný od zeme a nabitý, potom je náboj umiestnený výlučne na povrchu tela, takže nabíjanie na relatívne vysoký potenciál neovplyvňuje nervový systém, pretože nervové vlákna sú pod kožou. Vplyv elektrického náboja na nervový systém pociťujeme v momente výboja, pri ktorom dochádza k prerozdeľovaniu nábojov na tele. Toto prerozdelenie je krátkodobý elektrický prúd prechádzajúci nie po povrchu, ale vo vnútri tela.
snímka 5
Prečo vtáky beztrestne sedia na vysokonapäťových prenosových drôtoch?
Telo vtáka sediaceho na drôte je vetva reťaze, ktorá je pripojená paralelne k časti vodiča medzi nohami vtáka. Keď sú dve časti obvodu zapojené paralelne, veľkosť prúdov v nich je nepriamo úmerná odporu. Odpor tela vtáka je obrovský v porovnaní s odporom malej dĺžky vodiča, takže množstvo prúdu v tele vtáka je zanedbateľné a neškodné. Treba tiež dodať, že potenciálny rozdiel v oblasti medzi nohami vtáka je malý.
snímka 6
Ryby a elektrina.
Ryby používajú výboje: na osvetlenie cesty; chrániť, útočiť a omráčiť obeť; - prenášať signály medzi sebou a vopred zisťovať prekážky
Snímka 7
Najznámejšími elektrickými rybami sú úhor elektrický, rejnok elektrický a sumec elektrický. Tieto ryby majú špeciálne orgány na akumuláciu elektrickej energie. Malé napätia vznikajúce v bežných svalových vláknach sú tu zhrnuté v dôsledku postupného zaraďovania mnohých jednotlivých prvkov, ktoré sú nervovo ako vodiče spojené do dlhých batérií.
Snímka 8
Stingrays.
"Táto ryba znecitliví zvieratá, ktoré chce chytiť, tým, že ich premôže silou úderu, ktorý žije v jej tele." Aristoteles
Snímka 9
Som.
Elektrické orgány sú umiestnené takmer po celej dĺžke tela ryby, vydávajú výboje s napätím až 360 V.
Snímka 10
ELEKTRICKÝ ÚHOR
Najvýkonnejšie elektrické orgány majú úhory žijúce v riekach tropickej Ameriky. Ich výboje dosahujú napätie 650 V.
snímka 11
Hrom je jedným z hrozných javov.
Hromy a blesky sú jedným z impozantných, ale majestátnych javov, na ktoré bol človek pripravený už od staroveku. Zúrivý prvok. Dopadlo to naňho v podobe oslepujúcich obrovských bleskov, hrozivých hromov, lejaku a krupobitia. V strachu z búrky ho ľudia zbožňovali, považovali ho za nástroj bohov.
snímka 12
Blesk
Najčastejšie pozorujeme blesky, ktoré pripomínajú meandrujúcu rieku s prítokmi. Takéto blesky sa nazývajú lineárne, ich dĺžka pri výboji medzi oblakmi dosahuje viac ako 20 km. Blesky iných typov možno vidieť oveľa menej často. Elektrický výboj v atmosfére vo forme lineárneho blesku je elektrický prúd. Okrem toho sa sila prúdu mení za 0,2 - 0,3 sekundy. Približne 65% všetkých bleskov. Tie, ktoré sú u nás pozorované, majú hodnotu prúdu 10 000 A, ale zriedka dosahujú 230 000 A. Bleskový kanál, ktorým prúd preteká, je veľmi horúci a jasne svieti. Teplota kanála dosahuje desiatky tisíc stupňov, tlak stúpa, vzduch expanduje, ako keby prechádzal výbuch horúcich plynov. Vnímame to ako hrom. Úder blesku do pozemného objektu môže spôsobiť požiar.
snímka 13
Keď udrie blesk, napríklad do stromu. Zahrieva sa, odparuje sa z neho vlhkosť a tlak vznikajúcej pary a zahriatych plynov vedie k zničeniu. Na ochranu budov pred výbojmi blesku sa používajú bleskozvody, čo je kovová tyč, ktorá sa týči nad chráneným objektom.
Snímka 14
Blesk.
U listnatých stromov prúd prechádza vnútri kmeňa pozdĺž jadra, kde je veľa šťavy, ktorá pôsobením prúdu vrie a výpary strom rozbijú.
Zobraziť všetky snímky
Pokračujeme v publikovaní populárno-vedeckých prednášok mladých vysokoškolských pedagógov, ktorí získali granty Dobročinnej nadácie V. Potanina. Tentokrát dávame do pozornosti čitateľom prezentáciu prednášky docenta Katedry fyziológie ľudí a zvierat Saratov štátna univerzita ich. N. G. Chernyshevsky kandidát biologických vied Oksana Semyachkina-Glushkovskaya.
Živé elektrárne
Elektrina hrá niekedy neviditeľnú, ale životne dôležitú úlohu v existencii mnohých organizmov, vrátane ľudí.
Elektrina do našich životov vstúpila prekvapivo vďaka zvieratám, najmä elektrickým rybám. Napríklad základom elektrofyziologického trendu v medicíne je používanie elektrických korčúľ pri liečebných procedúrach. Živé zdroje elektriny prvýkrát zaviedol do svojej lekárskej praxe slávny starorímsky lekár Claudius Galen. Syn bohatého architekta Galen dostal spolu s dobré vzdelanie pôsobivé dedičstvo, ktoré mu umožnilo niekoľko rokov cestovať po pobreží Stredozemného mora. Jedného dňa sa Galenovi v jednej z malých dedín naskytol zvláštny pohľad: k nemu kráčali dvaja miestni obyvatelia s rejnokmi priviazanými k hlavám. Tento „liek proti bolesti“ sa používal pri liečbe rán gladiátorov v Ríme, kam sa Galén po dokončení svojej cesty vrátil. Svojrázna fyzioterapia sa ukázala byť taká účinná, že aj cisár Mark Antonius, ktorý trpel bolesťami chrbta, sa odvážil použiť nezvyčajnú metódu liečby. Keď sa cisár zbavil vyčerpávajúcej choroby, vymenoval Galena za osobného lekára.
Mnohé elektrické ryby však používajú elektrinu na ďaleko od mierových účelov, najmä na zabíjanie svojej koristi.
Európania sa po prvý raz stretli s obludnými živými elektrárňami v džungli Južná Amerika. Oddiel dobrodruhov, ktorý prenikol na horný tok Amazonky, narazil na množstvo malých potôčikov. Len čo však jeden z členov expedície vkročil do teplej vody potoka, upadol do bezvedomia a zostal v tomto stave dva dni. Bolo to všetko o elektrických úhoroch, ktorí žijú v týchto zemepisných šírkach. Amazonské elektrické úhory dosahujúce tri metre na dĺžku sú schopné generovať elektrinu s napätím vyšším ako 550 V. Úraz elektrickým prúdom v r. sladkej vody omráči korisť, ktorá sa zvyčajne skladá z rýb a žiab, ale môže zabiť aj človeka a dokonca aj koňa, ak sa v čase vypúšťania nachádzajú v blízkosti úhora.
Nie je známe, kedy by ľudstvo vážne prevzalo elektrinu, nebyť úžasného incidentu, ktorý sa stal manželke slávneho bolonského profesora Luigiho Galvaniho. Nie je žiadnym tajomstvom, že Taliani sú známi svojou šírkou chuťových preferencií. Preto sa im nebráni občas si dopriať žabie stehienka. Deň bol upršaný, fúkal silný vietor. Keď Senora Galvani vošla do mäsiarstva, otvoril sa jej strašný obraz. Nohy mŕtvych žiab ako nažive trhli, keď sa v silnom poryve vetra dotkli železného zábradlia. Señora svojimi historkami o blízkosti mäsiara so zlými duchmi rozčuľovala svojho manžela natoľko, že sa profesor rozhodol na vlastnej koži zistiť, čo sa vlastne deje.
Bola to veľmi šťastná udalosť, ktorá odrazu zmenila život talianskeho anatóma a fyziológa. Galvani, ktorý si priniesol domov žabie stehienka, sa presvedčil o pravdivosti slov svojej manželky: pri dotyku železných predmetov nimi naozaj trhli. V tom čase mal profesor len 34 rokov. Nasledujúcich 25 rokov sa snažil nájsť rozumné vysvetlenie tohto úžasného javu. Výsledkom dlhoročnej práce bola kniha Traktáty o sile elektriny pri svalovom pohybe, ktorá sa stala skutočným bestsellerom a nadchla mysle mnohých bádateľov. Prvýkrát sa začalo rozprávať o tom, že elektrina je v každom z nás a že práve nervy sú akési „elektrické drôty“. Galvanimu sa zdalo, že svaly v sebe akumulujú elektrinu a keď sa stiahnu, vyžarujú ju. Táto hypotéza si vyžadovala ďalší výskum. Ale politické udalosti spojené s nástupom Napoleona Bonaparta k moci zabránili profesorovi dokončiť experimenty. Galvani bol pre svoju voľnomyšlienkársku hanbou vylúčený z univerzity a rok po týchto tragických udalostiach ako šesťdesiatjedenročný zomrel.
A predsa osud chcel, aby Galvaniho diela pokračovali. Galvaniho krajan Alessandro Volta po prečítaní jeho knihy prišiel na to, že živá elektrina je založená na chemické procesy a vytvorili nám známy prototyp batérií.
Biochémia elektriny
Prešli ešte dve storočia, kým sa ľudstvu podarilo odhaliť tajomstvo živej elektriny. Kým nebol vynájdený elektrónový mikroskop Vedci si ani nevedeli predstaviť, že okolo klietky existujú skutočné „zvyky“ s vlastnými prísnymi pravidlami „pasovej kontroly“. Membrána živočíšnej bunky – voľným okom neviditeľná tenká škrupina – majúca polopriepustné vlastnosti, je spoľahlivým garantom zachovania životaschopnosti bunky (udržiavania jej homeostázy).
Ale späť k elektrine. Aký je vzťah medzi bunkovou membránou a živou elektrinou?
Takže prvá polovica 20. storočia, 1936. V Anglicku zoológ John Jung publikuje pitevnú techniku nervové vlákno hlavonožca. Priemer vlákna dosiahol 1 mm. Takýto „obrovský“ nerv viditeľný okom si zachoval schopnosť viesť elektrinu aj mimo tela morská voda. Tu je samotný „zlatý kľúč“, ktorým sa otvoria dvere do tajov živej elektriny. Prešli len tri roky a Jungovi spoluobčania – profesor Andrew Huxley a jeho študent Alan Hodgkin, vyzbrojení elektródami, spustili sériu experimentov na tomto nervu, ktorých výsledky obrátili svetonázor naruby a „rozsvietili zelenú“ cesta k elektrofyziológii.
Východiskovým bodom v týchto štúdiách bola Galvaniho kniha, konkrétne jeho opis prúdu poškodenia: ak je sval prerezaný, potom sa z neho „vyleje“ elektrický prúd, ktorý stimuluje jeho kontrakciu. Aby sa tieto experimenty zopakovali na nervu, Huxley prepichol membránu nervovej bunky dvoma elektródami tenkými ako chĺpky, čím ich umiestnil do jej obsahu (cytoplazmy). Ale tu je zlyhanie! Nepodarilo sa mu zaregistrovať elektrické signály. Potom vybral elektródy a umiestnil ich na povrch nervu. Výsledky boli smutné: absolútne nič. Zdalo sa, že šťastie sa vedcom obrátilo chrbtom. Zostala posledná možnosť - umiestniť jednu elektródu do vnútra nervu a druhú nechať na jeho povrchu. A je to tu, šťastná prestávka! Už po 0,0003 sekundách bol zaregistrovaný elektrický impulz zo živej bunky. Bolo zrejmé, že v takom momente už ten impulz nemôže znova nastať. To znamenalo len jednu vec: náboj sa sústreďuje na pokojnú neporušenú bunku.
V nasledujúcich rokoch sa podobné experimenty uskutočnili na nespočetných ďalších bunkách. Ukázalo sa, že všetky články sú nabité a že náboj membrány je základným atribútom jej životnosti. Pokiaľ je bunka nažive, má náboj. Stále však nebolo jasné, ako sa bunka nabíja? Dávno pred Huxleyho pokusmi vydal ruský fyziológ N. A. Bernshtein (1896–1966) svoju knihu Elektrobiológia (1912). V ňom ako veštec teoreticky odhalil hlavné tajomstvo živej elektriny – biochemické mechanizmy náboja bunky. Prekvapivo, o niekoľko rokov neskôr bola táto hypotéza brilantne potvrdená v Huxleyho experimentoch, za ktoré mu bola udelená Nobelova cena. Aké sú teda tieto mechanizmy?
Ako viete, všetko dômyselné je jednoduché. Tak to dopadlo aj v tomto prípade. Naše telo pozostáva zo 70 % z vody, alebo skôr z roztoku solí a bielkovín. Ak sa pozriete do vnútra bunky, ukáže sa, že jej obsah je presýtený iónmi K + (vnútri je ich asi 50-krát viac ako vonku). Medzi bunkami, v medzibunkovom priestore, prevládajú ióny Na + (je ich tu asi 20x viac ako v bunke). Takáto nerovnováha je aktívne udržiavaná membránou, ktorá, podobne ako dopravný kontrolór, umožňuje niektorým iónom prejsť cez svoje „brány“ a iné neprepúšťa.
Membrána, podobne ako sušienkový koláč, pozostáva z dvoch voľných vrstiev komplexných tukov (fosfolipidov), ktorých hrúbku ako guľôčky prenikajú proteíny, ktoré plnia širokú škálu funkcií, najmä môžu slúžiť ako akési „brány“. “ alebo kanály. Vo vnútri takýchto proteínov sú otvory, ktoré sa môžu otvárať a zatvárať pomocou špeciálnych mechanizmov. Každý typ iónu má svoje vlastné kanály. Napríklad pohyb K + iónov je možný len cez K + kanály a Na + - cez Na + kanály.
Keď je bunka v pokoji, svieti zelené svetlo pre ióny K + a tie voľne opúšťajú bunku cez svoje kanály a smerujú tam, kde ich je málo, aby vyrovnali svoju koncentráciu. Pamätáte si svoje školské skúsenosti z fyziky? Ak si vezmete pohár vody a nakvapkáte doň zriedený manganistan draselný (manganistan draselný), po chvíli molekuly farbiva rovnomerne vyplnia celý objem pohára a zafarbia vodu do ružova. Klasický príklad difúzie. Podobne sa to deje s iónmi K +, ktoré sú v bunke bohaté a vždy majú voľný výstup cez membránu. Ióny rovnaké Na + ako osoba non grata, nemajú privilégiá z membrány pokojovej bunky. V tejto chvíli je pre nich membrána ako nedobytná pevnosť, je takmer nemožné cez ňu preniknúť, pretože všetky Na + kanály sú uzavreté.
Ale čo s tým má spoločné elektrina, hovoríte si? Ide o to, že, ako je uvedené vyššie, naše telo pozostáva z rozpustených solí a bielkovín. V tomto prípade hovoríme o soliach. Čo je rozpustená soľ? Je to duet vzájomne prepojených kladných katiónov a záporných aniónov kyselín. Napríklad roztok chloridu draselného je K + a Cl - atď. Mimochodom, fyziologický roztok, ktorý sa široko používa v medicíne na intravenózne infúzie, je roztok chloridu sodného - NaCl ( stolová soľ) v koncentrácii 0,9 %.
V prirodzených podmienkach jednoducho neexistujú samotné ióny K + alebo Na +, vždy sa nachádzajú s kyslými aniónmi - SO 4 2–, Cl –, PO 4 3– atď., a v normálnych podmienkach membrána je nepriepustná pre negatívne častice. To znamená, že keď sa ióny K + pohybujú cez svoje kanály, anióny s nimi spojené, ako magnety, ich sledujú, ale nemôžu ísť von a hromadia sa na vnútornom povrchu membrány. Keďže mimo bunky, v medzibunkovom priestore, prevládajú ióny Na +, teda kladne nabité častice, plus do nich neustále prenikajú ióny K +, nadbytočný kladný náboj sa sústreďuje na vonkajšom povrchu membrány a záporný na jej vnútornom povrchu. povrch. Takže bunka v pokoji "umelo" obmedzuje nerovnováhu dvoch dôležitých iónov - K + a Na +, vďaka čomu je membrána polarizovaná kvôli rozdielu v nábojoch na oboch jej stranách. Náboj v pokoji bunky sa nazýva pokojový membránový potenciál, ktorý je približne -70 mV. Bola to práve táto veľkosť náboja, ktorú Huxley prvýkrát zaznamenal na obrie nervy mäkkýšov.
Keď sa ukázalo, odkiaľ pochádza „elektrina“ v bunke v pokoji, okamžite vyvstala otázka: kam ide, ak bunka funguje, napríklad keď sa naše svaly sťahujú? Pravda ležala na povrchu. Stačilo sa pozrieť do vnútra bunky v momente jej vybudenia. Keď bunka zareaguje na vonkajšie alebo vnútorné vplyvy, v tom momente sa bleskovo ako na povel otvoria všetky Na + kanály a v zlomku sekundy sa do bunky vrútia ióny Na + ako snehová guľa. Tak v momente, v stave excitácie bunky, ióny Na + vyrovnávajú svoju koncentráciu na oboch stranách membrány, ióny K + stále pomaly opúšťajú bunku. Uvoľňovanie iónov K + je také pomalé, že keď ión Na + konečne prerazí nedobytné steny membrány, zostáva ich tam ešte dosť. Teraz sa vo vnútri bunky, konkrétne na vnútornom povrchu membrány, koncentruje prebytočný kladný náboj. Na jeho vonkajšom povrchu bude záporný náboj, pretože rovnako ako v prípade K + sa za Na + vyrúti celá armáda negatívnych aniónov, pre ktoré je membrána stále nepriepustná. Tieto „úlomky“ zo solí, držané na jeho vonkajšom povrchu elektrostatickými príťažlivými silami, tu vytvoria negatívne elektrické pole. To znamená, že v momente vybudenia článku budeme pozorovať obrat náboja, teda zmenu jeho znamienka na opačný. To vysvetľuje, prečo sa náboj mení z negatívneho na pozitívny, keď je bunka vzrušená.
Je tu ešte jeden dôležitý bod, ktoré Galvani opísal v dávnych dobách, ale nedokázal správne vysvetliť. Keď si Galvani poškodil sval, stiahol sa. Potom sa mu zdalo, že ide o škodlivý prúd a „vylial“ sa zo svalu. Jeho slová boli do istej miery prorocké. Bunka stráca svoj náboj, keď funguje. Náboj existuje iba vtedy, keď existuje rozdiel medzi koncentráciami iónov Na + /K +. Keď je bunka excitovaná, počet iónov Na + na oboch stranách membrány je rovnaký a K + má tendenciu k rovnakému stavu. To je dôvod, prečo, keď je článok vzrušený, náboj klesá a stáva sa rovným +40 mV.
Keď sa vyriešila hádanka „vzrušenia“, nevyhnutne vyvstala ďalšia otázka: ako sa bunka vráti do normálu? Ako na nej opäť vzniká náboj? Koniec koncov, nezomrie po tom, čo pracovala. Po niekoľkých rokoch sa tento mechanizmus skutočne našiel. Ukázalo sa, že ide o proteín zabudovaný do membrány, ale išlo o nezvyčajný proteín. Na jednej strane to vyzeralo rovnako ako proteínové kanály. A na druhej strane, na rozdiel od svojich náprotivkov, tento proteín „bral veľa za svoju prácu“, a to energiu, ktorá je pre bunku taká cenná. Navyše energia vhodná na jeho prácu musí byť špeciálna, vo forme molekúl ATP (kyselina adenozíntrifosforečná). Tieto molekuly sú špeciálne syntetizované na „energetických staniciach“ bunky – mitochondriách, sú tam starostlivo uložené a v prípade potreby pomocou špeciálnych nosičov dopravené na miesto určenia. Energia z týchto „hlavíc“ sa pri rozpade uvoľňuje a využíva sa na rôzne potreby bunky. V našom prípade je táto energia potrebná najmä na prácu proteínu nazývaného Na/K-ATPáza, ktorého hlavnou funkciou je, ako raketoplán, transportovať Na + von z bunky a K + - v opačný smer.
Preto, aby ste obnovili stratenú silu, musíte pracovať. Zamyslite sa nad tým, je tu skutočný paradox. Keď bunka funguje, tento proces prebieha pasívne na úrovni bunkovej membrány a na to, aby si oddýchla, potrebuje energiu.
Ako sa nervy „rozprávajú“ medzi sebou
Ak pichnete do prsta, ruka sa okamžite stiahne. To znamená, že pri mechanickom pôsobení na kožné receptory sa vzruch, ktorý vznikol v danom lokálnom bode, dostane do mozgu a vráti sa späť na perifériu, aby sme mohli adekvátne reagovať na situáciu. Toto je príklad vrodenej reakcie, príp nepodmienené reflexy, ktoré zahŕňajú mnoho obranných reakcií, ako je žmurkanie, kašeľ, kýchanie, škrabanie atď.
Ako sa môže excitácia, ktorá vznikla na membráne jednej bunky, pohybovať ďalej? Pred odpoveďou na túto otázku sa zoznámime so štruktúrou nervovej bunky - neurónu, ktorého zmyslom "života" je vedenie vzruchu alebo nervových vzruchov.
Neurón, podobne ako lietajúca kométa, teda pozostáva z tela nervovej bunky, okolo ktorej sa nachádza veľa malých procesov - dendritov a dlhý "chvost" - axón, ako halo. Práve tieto procesy slúžia ako druh drôtov, cez ktoré preteká "živý prúd". Pretože toto všetko komplexná štruktúra je jedna bunka, potom procesy neurónu majú rovnakú sadu iónov ako jeho telo. Aký je proces excitácie lokálnej časti neurónu? Ide o druh narušenia „pokoja“ jeho vonkajšieho a vnútorného prostredia, ktoré sa prejavuje vo forme riadeného pohybu iónov. Vzrušenie, ktoré vzniklo v mieste, kde podnet dopadol, sa potom šíri pozdĺž reťazca podľa rovnakých princípov ako v tejto oblasti. Len teraz nebude dráždidlom pre susedné oblasti vonkajší stimul, ale vnútorné procesy spôsobené tokmi iónov Na + a K + a zmenou náboja membrány. Tento proces je podobný tomu, ako sa vlny šíria z kamienkov hodených do vody. Rovnako ako v prípade kamienok sa bioprúdy šíria pozdĺž membrány nervových vlákien v kruhových vlnách a spôsobujú excitáciu stále vzdialenejších oblastí.
V experimente sa excitácia z lokálneho bodu šíri ďalej v oboch smeroch. V reálnych podmienkach sa vedenie nervových impulzov uskutočňuje jednosmerne. Je to spôsobené tým, že oblasť, ktorá fungovala, si potrebuje oddýchnuť. A zvyšok nervovej bunky, ako už vieme, je aktívny a súvisí s nákladmi na energiu. Excitácia bunky je „strata“ jej náboja. Preto, akonáhle bunka funguje, jej schopnosť excitácie prudko klesá. Toto obdobie sa nazýva refraktérne, z francúzskeho slova refraktérne- imúnna. Takáto imunita môže byť absolútna (ihneď po excitácii) alebo relatívna (keďže sa obnoví membránový náboj), kedy je možné vyvolať reakciu, avšak nadmerne silnými podnetmi.
Ak si položíte otázku – akej farby je náš mozog, tak sa ukazuje, že drvivú väčšinu z neho, až na pár výnimiek, tvoria šedo-biele tóny. Telá a krátke výbežky nervových buniek sú sivé, dlhé výbežky sú biele. Sú biele, pretože na nich je dodatočná izolácia vo forme "tukových" alebo myelínových vankúšov. Odkiaľ pochádzajú tieto vankúše? Okolo neurónu sa nachádzajú špeciálne bunky pomenované po nemeckom neurofyziológovi, ktorý ich prvýkrát opísal – Schwannove bunky. Rovnako ako pestúnky pomáhajú neurónu rásť a najmä vylučujú myelín, čo je druh „tuku“ alebo lipidu, ktorý starostlivo obaľuje oblasti rastúceho neurónu. Takéto oblečenie však nepokrýva celý povrch dlhého procesu, ale oddelené oblasti, medzi ktorými zostáva axón nahý. Holé miesta sa nazývajú odpočúvania Ranviera.
Je to zaujímavé, ale rýchlosť vedenia vzruchu závisí od toho, ako je nervový proces „oblečený“. Nie je ťažké uhádnuť, že existuje špeciálna „odevná uniforma“, aby sa zvýšila účinnosť prechodu bioprúdov pozdĺž nervu. V skutočnosti, ak sa v šedých dendritoch excitácia pohybuje ako korytnačka (od 0,5 do 3 m / s), postupne, bez toho, aby vynechala jediný úsek, potom v bielom axóne nervové impulzy preskakujú pozdĺž „holých“ oblastí Ranviera, čo výrazne zvyšuje rýchlosť ich vedenia.až 120 m/s. Takéto rýchle nervy inervujú hlavne svaly, čím poskytujú telu ochranu. Vnútorné orgány nepotrebujú takú rýchlosť. Napríklad močový mechúr sa môže dlho naťahovať a vysielať impulzy o svojom pretečení, pričom ruka sa musí okamžite odtiahnuť od ohňa, inak hrozí poškodenie.
Mozog dospelého človeka váži v priemere 1300 g Táto hmotnosť je 10 10 nervových buniek. Toľké množstvo neurónov! Akými mechanizmami sa dostane excitácia z jednej bunky do druhej?
Rozlúštenie záhady komunikácie v nervovom systéme má svoju históriu. V polovici 19. storočia dostal francúzsky fyziológ Claude Bernard z Južnej Ameriky cenný balík s jedom kurare, presne tým, ktorým Indiáni mazali hroty šípov. Vedec rád študoval účinky jedov na telo. Vedelo sa, že zviera zasiahnuté takýmto jedom uhynie na udusenie v dôsledku ochrnutia dýchacích svalov, no nikto presne nevedel, ako bleskozubník funguje. Aby to Bernard pochopil, urobil jednoduchý experiment. Rozpustil jed v Petriho miske, umiestnil tam sval s nervom a videl, že ak je do jedu ponorený iba nerv, sval zostáva zdravý a môže stále pracovať. Ak je jedom otrávený iba sval, potom je v tomto prípade zachovaná jeho schopnosť kontrahovať. A až keď bola oblasť medzi nervom a svalom uložená do jedu, bolo možné pozorovať typický obraz otravy: sval sa stal neschopným kontrahovať ani pri veľmi silných elektrických vplyvoch. Ukázalo sa, že medzi nervom a svalom je „medzera“, na ktorú jed pôsobí.
Ukázalo sa, že takéto „prestávky“ sa dajú nájsť kdekoľvek v tele, všetky neurónová sieť nimi doslova naplnená. Našli sa ďalšie látky, ako napríklad nikotín, ktorý selektívne pôsobil na tajomné miesta medzi nervom a svalom, čo spôsobilo jeho stiahnutie. Najprv sa tieto neviditeľné spojenia nazývali myoneurálne spojenie a neskôr im anglický neurofyziológ Charles Sherrington dal názov synapsie, od r. Latinské slovo synapsie spojenie, spojenie. Tomuto príbehu však urobil bodku rakúsky farmakológ Otto Levi, ktorému sa podarilo nájsť prostredníka medzi nervom a svalom. Hovorí sa, že sa mu vo sne snívalo, že z nervu „vytiekla“ určitá látka a prinútila svaly pracovať. Nasledujúce ráno sa pevne rozhodol: práve túto látku treba hľadať. A našiel to! Všetko sa ukázalo byť celkom jednoduché. Levi vzal dve srdcia a vybral najväčší nerv na jednom z nich - nervus vagus. Vopred predpokladal, že by z neho malo niečo vyčnievať, spojil tieto dva „svalové motory“ systémom rúrok a začal dráždiť nerv. Levi vedel, že keď bol podráždený, zastavilo sa mu srdce. Zastavilo sa však nielen srdce, na ktoré podráždený nerv pôsobil, ale aj druhé, s ním spojené roztokom. O niečo neskôr sa Levymu podarilo izolovať túto látku v čistej forme, ktorá sa nazývala "acetylcholín". Našli sa teda nezvratné dôkazy o prítomnosti sprostredkovateľa v „rozhovore“ medzi nervom a svalom. Tento objav bol ocenený Nobelovou cenou.
A potom išlo všetko oveľa rýchlejšie. Ukázalo sa, že princíp komunikácie medzi nervami a svalmi, ktorý objavil Levi, je univerzálny. Pomocou takéhoto systému komunikujú nielen nervy a svaly, ale aj samotné nervy. No napriek tomu, že princíp takejto komunikácie je jeden, sprostredkovatelia, alebo, ako sa neskôr začali označovať, sprostredkovatelia (z lat. sprostredkovateľ- sprostredkovateľ), môžu byť rôzne. Každý nerv má svoj vlastný, ako priesmyk. Tento vzorec vytvoril anglický farmakológ Henry Dale, za čo mu bola udelená aj Nobelova cena. Takže jazyk neurálnej komunikácie sa stal jasným, zostávalo len vidieť, ako tento dizajn vyzerá.
Ako funguje synapsia
Ak sa pozrieme na neurón cez elektrónový mikroskop, uvidíme, že je ako vianočný stromček, celý ovešaný nejakými gombíkmi. Len na jednom neuróne môže byť takýchto „tlačidiel“ alebo, uhádli ste, synapsií až 10 000. Poďme sa na jedno z nich pozrieť bližšie. čo uvidíme? Na koncovom úseku neurónu sa dlhý proces zahusťuje, takže sa nám zdá vo forme gombíka. Pri tomto zhrubnutí sa axón stenčuje a stráca svoje biele rúcho vo forme myelínu. Vo vnútri "tlačidla" je obrovské množstvo bublín naplnených nejakou látkou. V roku 1954 George Palade uhádol, že nejde o nič iné ako o úložisko pre mediátorov (o 20 rokov neskôr mu bola udelená Nobelova cena za tento odhad). Keď vzruch dosiahne koncovú stanicu dlhého procesu, neurotransmitery sa uvoľnia zo svojho uväznenia. Na to slúžia ióny Ca 2+. Pohybujúc sa smerom k membráne sa s ňou spájajú, potom prasknú (exocytóza) a mediátor pod tlakom vstúpi do priestoru medzi nimi nervové bunky ktorý sa nazýva synaptická štrbina. Je to zanedbateľné, takže molekuly mediátora rýchlo vstupujú do membrány susedného neurónu, na ktorej sú zase špeciálne antény alebo receptory (z latinského slova recipio - vziať, vziať), zachytávajúce mediátora. Deje sa to podľa princípu „kľúč k zámku“ - geometrický tvar receptor plne zodpovedá forme mediátora. Po výmene „podania ruky“ sú mediátor a receptor nútení rozísť sa. Ich stretnutie je veľmi krátke a pre mediátora posledné. Len zlomok sekundy stačí na to, aby mediátor začal excitáciu na susednom neuróne, potom sa pomocou špeciálnych mechanizmov zničí. A potom sa tento príbeh bude opakovať znova a znova, a tak bude bežať do nekonečna živá elektrina po „nervových drôtoch“, skrýva pred nami mnohé tajomstvá a tým nás priťahuje svojou tajomnosťou.
Je potrebné hovoriť o význame objavov v oblasti elektrofyziológie? Stačí povedať, že sedem Nobelove ceny. Na týchto zásadných objavoch je dnes postavený leví podiel farmaceutického priemyslu. Napríklad teraz ísť k zubárovi nie je tak hrozná skúška. Jedna injekcia lidokaínových - a Na+ - kanálov v mieste vpichu bude dočasne zablokovaná. A už nebudete cítiť bolestivé procedúry. Bolí vás brucho, lekár vám predpíše lieky (no-shpa, papaverin, platifilin a pod.), ktoré sú založené na blokáde receptorov, aby sa s nimi nemohol skontaktovať mediátor acetylcholín, ktorý spúšťa mnohé procesy v tráviacom trakte a V poslednej dobe sa aktívne vyvíja séria centrálne pôsobiacich farmakologických prípravkov zameraných na zlepšenie pamäti, funkcie reči a duševnej činnosti.
