Электричество в природе: Природное электричество

Содержание

Документ «Электричество в природе »

Электричество в природе

План :

Введение ....................................................................................2

Глава 1. Электричество в природе...........................................3

1.1 Открытия о электричестве...................................................3

1.2 Применение электричества в природе................................6

Глава 2. Эксперименты.............................................................7

2. 1 Опыт....................................................................................8

2. 2 Опыт ...................................................................................9

Заключение................................................................................ 11

Список использованной литературы.......................................13

Введение.

Еще в древние времена люди замечали проявления электрических явлений- это была молния, которая приводила людей в ужас и заставляла думать, что боги гневаются. Позже в древней Греции было замечено, что янтарь потёртый о шерсть приобретал свойства притягивать кусочки бумаги, а дальше с каждым годом разные ученые и физики исследовали свойства магнита и электроэнергии, проводили опыты с электричеством и изобретали удивительные машины, наблюдали, изучали и открывали как можно больше нового в сфере электричества.

С каждым годом человечество развивалось и менялось представление о природе электричества.

Современный мир трудно представить без телефонов, телевизоров, настольных ламп, машин и других устройств, которые зависят от энергии. Но что человек будет делать, когда запасы энергии будут на исходе?

Когда человечество столкнулось с этой проблемой они стали искать замену исчерпаемым природным ресурсам (нефти, газу, углю), используя природные явления, такие как: ветер, солнечный свет, молния. А точнее вырабатывание энергии из окружающей среды.

Тема нашего проекта: Электричество в природе.

Цель исследования: Узнать, что такое электричество. Узнать, как человечество преобразовывает природные явления в электричество. Какие методы они используют.

Гипотеза: электричество - это враг или друг человека?

Задачи проекта: Узнать:

#Что такое электричество.

#Первые открытия в электричестве.

#Как применяется электричество в природе.

Глава 1.Электричество в природе.

1.1 Открытия о электричестве.

Многие ученые посветили свою жизнь изучению электричества, поэтому нельзя сказать точно кто первый заметил это явление. Электричество изучают и по сей день.

Первый кто закрепил за собой электрический заряд - Фалес Милетский (рис 1). Он   обнаружил, что янтарь, потертый о шерсть, приобретал свойства притягивать легкие предметы: пушинки, кусочки бумаги. Позже все считали, что таким свойством обладает только янтарь.

Янтарь по-гречески звучит как "электрон", соответственно само название "электричество" произошло от янтаря.

hello_html_m22909b83.jpg

(рис 1)

Следующим ученым кто провел опыт с трением (как с янтарем и шерстью) был Отто фон Герике ( рис 2). Ученый натирал руками шар из серы, а ночью наблюдал за тем, как он излучает свет. Этот опыт помог ему создать первый электростатический генератор(рис 3), производящий электричество трением.  Кроме того, им было обнаружено свойство электрического отталкивания однополярно заряженных предметов.

hello_html_m30898d18.jpghello_html_a376b31.jpg

(рис 2) (рис 3)

Стивен Грей (рис 4) заметил, что пробка, которой заткнута стеклянная трубка, притягивает мелкие кусочки бумаги и соломы, если потереть трубку. Воткнув в середину трубки деревянную щепку, Грей обнаружил, что этот же эффект имеет место на конце щепки. Постепенно удлиняя щепку, а затем заменив её пеньковой верёвкой и наконец шёлковой нитью, Грей довёл расстояние, на которое передавался электрический заряд, до 800 футов . При этом он установил, что по земле электричество не передаётся, сделав, тем самым шаг в направлении разделения всех веществ на проводники .

hello_html_m720ee257.jpg

(рис 4)

Кстати, только в 1600 появился термин " электричество", введённый английским ученым Уильямом Гилбертом (рис 5)

hello_html_m749f70f0.jpg
(рис 5)

В 1733 француз Шарль Дюфе (рис 6) установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шёлк и смолы о шерсть.

hello_html_421e37f.jpg

(рис 6)

Чарльз Фриттис (рис 7) продолжил это открытие и начал использовать селен для преобразования света в электричество.

hello_html_2d7c8804.jpg

(рис 7)

Первые прототипы солнечных батарей были созданы итальянским фотохимиком Джакомо Луиджи Чамичаном (рис 8).

hello_html_bb14057.jpg

(рис 8)

Так как электроприборы в нашем современном мире потребляют с каждым годом все больше электроэнергии, люди начали думать как заменить или уменьшить расход запасов нефти, угля и газа.

Глава 1.

Электричество в природе.

1.2 применение электричества в природе.

Без энергии не работает ни одна система, без нее невозможно движение. Например, из ветра можно получить энергию: ветры дуют на земле постоянно и повсюду. Для производства энергии из ветра стоят ветряки . Они работают по принципу вентилятора. Ветряные электростанции еще называют «ветряными фермами». Даже в морях и океанах есть плавучие ветряные фермы(рис 2), ведь там постоянно дуют ветры с огромной силой.

Как же работают ветряные электростанции? Энергия перемещающихся воздушных масс вращает лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора, который в свою очередь вырабатывает электричество.

Есть еще солнечная энергия. В странах с жарким климатом солнечное тепло уже давно используется для получения энергии. Солнечная энергия используется и для выработки электричества. Солнечные батареи(рис 3), или фотоэлементы, устанавливаются на крышах и фасадов домов(рис 4), полностью обеспечивая их обитателей электроэнергией. Фотоэлементы устанавливают не только на жилых здания.

Миниатюрными солнечными батареями оборудуют уличные светильники, которые накапливают энергию днем и светят ночью, и даже автомобили. Солнечный свет, как и любой другой свет, несет заряд энергии. Некоторые материалы обладают свойствами получениями из света электричество. К ним относится кристаллический силикон, полупроводник, используемый в производстве солнечных батарей. Для оснащения этого выращивают большие поликристаллические кристаллы. Этих кристаллах подогретые солнцем электроны начинают двигаться в определенном направление. Этот процесс называется фотоэлектрическое преобразование.

Как работает солнечная электростанция? Основа солнечной электростанции – это солнечные батареи или фотоэлементы. Они отвечают за преобразование энергии солнца в электрическую энергию. Солнце светит не всегда, поэтому солнечной электростанции нужен аккумулятор, куда энергия будет « складоваться ». Один из распространённых видов добычи энергии -это атомная. Атомная электростанция использует энергию радиоактивного распада ядер атомов урана. Энергия, выделяемая в реакторе, поступает в парогенератор, который производит пар, поступающий в паровую турбину. Турбина вращает электрогенератор, вырабатывающий электрическую энергию. На выходе из турбины пар попадает в конденсатор, где охлаждается водой, поступающей из водохранилища или при помощи специальных приборов, называемых «градирнями».

hello_html_mb7eb9ee.jpghello_html_7e5a87f4.jpg

(рис2) (рис 4)

hello_html_m43f58781.jpg

(рис 3)

Глава II.

Экспериментальная часть.

Для первого опыта нам понадобится: медная проволока, оцинкованный гвоздь, вольтметр, соединительные провода, лимон. 
Вставим медную проволоку длиной 8 см в лимон, это будет плюсом. Вставим с другой стороны оцинкованный гвоздь, это будет минус. Подключим к вольтметру. »
hello_html_6a743616.jpghello_html_m139483af.jpg
(рис 1) (рис 2)

Как мы видим в лимоне 0.2 вольта.(рис2)

Для второго опыта нам понадобится: медная проволока, оцинкованный болт, вольтметр, соединительные провода, вода.
Подключим к минусу вольтметра оцинкованный болт, а к плюсу медную проволоку.

hello_html_m56a7ee7b.jpg

Опустим болт и проволоку в воду.(рис 3)

hello_html_44b6071.jpg

(рис 3)


Как мы видим, сила тока увеличилась 
На этих опытах мы убедились на собственном примере, что в природе есть электричество

Заключение.

Итак, подведём итоги; на опытах мы убедились, что электричество может быть не только в электроприборах, но и во фруктах и овощах, в простой гайке или шурупе.

Электричество окружает нас везде, дома, на улице даже в нашем организме.

С помощью опытов мы узнали много нового. Мы провели эксперимент лимоном и узнали, что в нем есть электричество. На собственном опыте мы доказали , что во фруктах есть электричество. Удивительно!

Но мы не остановились на этом и продолжили . мы взяли медную проволоку, оцинкованный болт подсоединили к вольтметру и опустили в воду. Получилась химическая реакция и на приборе было видно напряжение.

Так же мы узнали о том, как работают ветряные фермы, солнечные панели и многие другие приборы.

Электричество окружает нас везде, стоит только задуматься.

Важно помнить, что природа наш друг и она всегда поможет, ведь нельзя всегда надеяться на исчерпаемые ресурсы. Тем более, природное электричество дешевле, чем нефть, уголь и газ.

Литература

1. Физика. Энциклопедия Переводчик: Байдильдинова А. Редактор: Сураганова А

2. Изучаем физику: Энергия. Силы. Движение. Хендерсон Коринн , Смит Алистер

3. Энергия и движение. Физика. Рыжиков Сергей Борисович, Рыжикова Юлия Владимировна

4.СмирновБ.М.  Физика глобальной атмосферы. Парниковый эффект, атмосферное электричество, эволюция климата

5.Перышкин А.В . Физика 8 класс:учебник

Проект по Физике по тему:

«Электричество в природе»

Подготовили

Ученики 8 «Б»

Истринской СОШ №3

Шулимова Ольга,

Шерова Манижа,

Медков Данила

Электричество в живой природе. Презентация

Слайд 1

Электричество в живой природе Травников Андрей 9 «Б»

Слайд 2

Электричество Электричество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.

Слайд 3

Электричество в теле человека В организме человека присутствуют множество химических веществ (например, кислород, калий, магний, кальций или натрий), реакции которых друг с другом способствуют возникновению электрической энергии. В числе прочего, это происходит в процессе так называемого «клеточного дыхания» — извлечения клетками тела энергии, необходимой для жизнедеятельности . Например , в сердце человека есть клетки, которые в процессе поддержания сердечного ритма поглощают натрий и выделяют калий, что создаёт в клетке положительный заряд. Когда заряд достигает определённого значения, клетки обретают способность воздействовать на сокращения сердечной мышцы.

Слайд 4

Молнии Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.

Слайд 5

Электричество у рыб Все виды электрических рыб имеют особый орган, который вырабатывает электричество. С его помощью животные охотятся, защищаются приспосабливаясь к жизни в водной среде . Электрический орган у всех рыб сконструирован одинаково, но отличается по размерам и местоположению . Но почему ни у одного наземного животного не обнаружено электрического органа? Причина этого заключается в следующем. Только вода с растворенными в ней солями является прекрасным проводником электричества, что позволяет использовать действие электрического тока на расстоянии.

Слайд 6

Электрический скат Электрические скаты - отряд хрящевых рыб, у которых по бокам тела между головой и грудными плавниками расположены почкообразные парные электрические органы. В отряде числятся 4 семейства и 69 видов. Электрические скаты известны своей способностью производить электрический заряд, напряжение которого (в зависимости от вида) колеблется от 8 до 220 вольт. Скаты используют его в обороне и могут оглушить добычу или врага. Они обитают в тропических и субтропических водах всех океанов

Слайд 7

Электрический угорь Длина от 1 до 3 м, вес до 40 кг. Кожа у электрического угря голая, без чешуи, тело сильно удлинённое, округлое в передней части и несколько сжатое с боков в задней части. Окраска взрослых электрических угрей оливково-коричневая, нижняя сторона головы и горла ярко-оранжевая, край анального плавника светлый, глаза изумрудно-зелёные . Генерирует разряд напряжением до 1300 В и силой тока до 1 A. Положительный заряд находится в передней части тела, отрицательный — в задней. Электрические органы используются угрём для защиты от врагов и для парализации добычи, которую составляют в основном некрупные рыбы.

Слайд 8

Венерина мухоловка Венерина мухоловка — небольшое травянистое растение с розеткой из 4—7 листьев, которые растут из короткого подземного стебля . Стебель — луковицеобразный. Листья размером от трёх до семи сантиметров, в зависимости от времени года, длинные листья-ловушки обычно формируются после цветения . В природе питается насекомыми, иногда могут попадаться моллюски (слизни ). Движение листьев происходит за счет электрического импульса.

Слайд 9

Мимоза стыдливая Прекрасным наглядным доказательством проявления токов действия у растений является механизм складывания листьев под влиянием внешних раздражителей у мимозы стыдливой имеющих ткани, способные резко сокращаться. Если поднести к ее листьям чужеродный предмет, то они закроются. От этого и происходит название растения.

Слайд 10

Подготовив эту презентацию, я узнал много нового об организмах в живой природе, и о том, как они применяют электричество в своей жизни.

Слайд 11

Источники http://wildwildworld.net.ua/articles/elektricheskii-skat http://flowerrr.ru/venerina-muholovka http:// www.valleyflora.ru/16.html https://ru.wikipedia.org

Загадки природы: живое электричество | Наука и жизнь

Продолжаем публикацию научно-популярных лекций, прочитанных молодыми вузовскими преподавателями, получившими гранты Благотворительного фонда В. Потанина. На этот раз предлагаем вниманию читателей изложение лекции, которую прочла доцент кафедры физиологии человека и животных Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского кандидат биологических наук Оксана Семячкина-Глушковская.

Электрический угорь способен генерировать электричество напряжением до 550 В.

Памятник Луиджи Гальвани (1737—1798) — итальянскому врачу и физиологу — в его родном городе Болонье. Фото Виталия Пирожкова.

Мембрана, словно бисквитный пирог, состоит из двух рыхлых слоёв фосфолипидов, толщу которых пронизывают белки.

Фермент Na/К-АТФаза работает по принципу челнока, выкачивая из клетки три иона Na и закачивая два иона К для восстановления работоспособности.

Микрофотография нейрона, плотно упакованного синапсами.

Живые электростанции

Электричество играет порой невидимую, но жизненно важную роль в существовании многих организмов, включая человека.

Удивительно, но электричество вошло в нашу жизнь благодаря животным, в частности электрическим рыбам. Например, в основе электрофизиологического направления в медицине лежит использование в лечебных процедурах электрических скатов. Живые источники электричества в свою врачебную практику впервые ввёл известный древнеримский врач Клавдий Гален. Сын богатого архитектора, Гален получил вместе с хорошим образованием внушительное наследство, что позволило ему путешествовать в течение нескольких лет по берегам Средиземного моря. Однажды в одной из маленьких деревушек Гален увидел странное зрелище: двое местных жителей шли ему навстречу с привязанными к голове скатами. Это «обезболивающее средство» нашло применение при лечении ран гладиаторов в Риме, куда Гален вернулся после завершения путешествия. Своеобразные физиопроцедуры оказались настолько действенными, что даже император Марк Антоний, страдавший болями в спине, рискнул воспользоваться непривычным способом лечения. Избавившись от изнурительного недуга, император назначил Галена личным врачом.

Однако многие электрические рыбы используют электричество далеко не в мирных целях, в частности для того, чтобы убивать свою добычу.

Впервые европейцы столкнулись с чудовищными живыми электростанциями в джунглях Южной Америки. Отряд искателей приключений, проникших в верховья Амазонки, наткнулся на множество мелких ручейков. Но как только один из участников экспедиции ступил ногой в тёплую воду ручейка, он упал без сознания и пробыл в таком состоянии два дня. Всё дело было в электрических угрях, обитающих в этих широтах. Амазонские электрические угри, достигающие трёх метров в длину, способны генерировать электричество напряжением более 550 В. Электрический удар в пресной воде оглушает добычу, которая обычно состоит из рыб и лягушек, но способен также убить человека и даже лошадь, если они в момент разряда находятся вблизи угря.

Неизвестно, когда бы всерьёз человечество взялось за электричество, если бы не удивительный случай, произошедший с женой известного болонского профессора Луиджи Гальвани. Не секрет, что итальянцы славятся широтой вкусовых пристрастий. Поэтому они не прочь иногда побаловаться лягушачьими лапками. День был ненастный, дул сильный ветер. Когда сеньора Гальвани зашла в мясную лавку, то её глазам открылась ужасная картина. Лапки мёртвых лягушек, словно живые, дёргались, когда касались железных перил при сильном порыве ветра. Сеньора так надоедала мужу своими рассказами о близости мясника с нечистой силой, что профессор решил сам выяснить, что же происходит на самом деле.

Это был тот самый счастливый случай, который разом перевернул жизнь итальянского анатома и физиолога. Принеся домой лягушачьи лапки, Гальвани убедился в правдивости слов жены: они действительно дёргались, когда касались железных предметов. В то время профессору было всего 34 года. Последующие 25 лет он потратил на то, чтобы найти разумное объяснение этому удивительному явлению. Результатом многолетних трудов явилась книга «Трактаты о силе электричества при мышечном движении», которая стала настоящим бестселлером и взволновала умы многих исследователей. Впервые заговорили о том, что электричество есть в каждом из нас и что именно нервы являются своеобразными «электропроводами». Гальвани казалось, что мышцы накапливают в себе электричество, а при сокращении испускают его. Эта гипотеза требовала дальнейших исследований. Но политические события, связанные с приходом к власти Наполеона Бонапарта, помешали профессору закончить эксперименты. В силу своего вольнодумства Гальвани был в бесчестии изгнан из университета и через год после этих трагических событий скончался в возрасте шестидесяти одного года.

И всё-таки судьбе было угодно, чтобы труды Гальвани нашли своё продолжение. Соотечественник Гальвани Алессандро Вольта, прочитав его книгу, пришёл к мысли о том, что в основе живого электричества лежат химические процессы, и создал прообраз привычных для нас батареек.

Биохимия электричества

Прошло ещё два века, прежде чем человечеству удалось раскрыть тайну живого электричества. Пока не был изобретён электронный микроскоп, учёные не могли себе даже представить, что вокруг клетки находится настоящая «таможня» со своими строгими правилами «паспортного контроля». Мембрана животной клетки — тонкая, не видимая невооружённым глазом оболочка, — обладая полупроницаемыми свойствами, является надёжным гарантом сохранения жизнеспособности клетки (поддержания её гомеостаза).

Но вернёмся к электричеству. Какая существует взаимосвязь между мембраной клетки и живым электричеством?

Итак, первая половина XX века, 1936 год. В Англии зоолог Джон Юнг публикует методику препарирования нервного волокна головоногого моллюска. Диаметр волокна достигал 1 мм. Такой видимый глазу «гигантский» нерв сохранял способность проводить электричество даже вне организма в морской воде. Вот тот самый «золотой ключик», с помощью которого будет открыта дверь в тайны живого электричества. Прошло всего три года, и соотечественники Юнга — профессор Эндрю Хаксли и его ученик Алан Ходжкин, вооружившись электродами, поставили серию экспериментов на этом нерве, результаты которых перевернули мировоззрение и «зажгли зелёный свет» на пути к электрофизиологии.

Отправной точкой в этих исследованиях явилась книга Гальвани, а именно описание им тока повреждения: если мышцу разрезать, то электрический ток «выливается» из неё, что стимулирует её сокращение. Для того чтобы повторить эти эксперименты на нерве, Хаксли проткнул двумя тонкими, как волоски, электродами мембрану нервной клетки, поместив их таким образом в её содержимое (цитоплазму). Но вот неудача! Ему не удалось зарегистрировать электрические сигналы. Тогда он вынул электроды и поместил их на поверхность нерва. Результаты были печальными: ровным счётом ничего. Казалось, фортуна отвернулась от учёных. Оставался последний вариант — один электрод поместить внутрь нерва, а другой оставить на его поверхности. И вот он, счастливый случай! Уже через 0,0003 секунды был зарегистрирован электрический импульс с живой клетки. Было очевидно, что за такое мгновение импульс не может возникнуть вновь. Это означало только одно: заряд сконцентрирован на покоящейся неповреждённой клетке.

В последующие годы подобные опыты были проделаны на бесчисленном множестве других клеток. Оказалось, что все клетки заряжены и что заряд мембраны является неотъемлемым атрибутом её жизни. Пока клетка жива, у неё есть заряд. Однако оставалось всё ещё неясным, каким же образом клетка заряжается? Задолго до экспериментов Хаксли руcский физиолог Н. А. Бернштейн (1896—1966) опубликовал свою книгу «Электробиология» (1912). В ней он, словно провидец, теоретически раскрыл главную тайну живого электричества — биохимические механизмы возникновения заряда клетки. Удивительно, но через несколько лет данная гипотеза была блестяще подтверждена в экспериментах Хаксли, за что он и был удостоен Нобелевской премии. Итак, каковы же эти механизмы?

Как известно, всё гениальное просто. Так оказалось и в этом случае. Наш организм состоит на 70% из воды, а точнее, из раствора солей и белков. Если заглянуть внутрь клетки, то окажется, что её содержимое перенасыщено ионами К+ (внутри их примерно в 50 раз больше, чем за её пределами). Между клетками, в межклеточном пространстве, преобладают ионы Na+ (здесь их примерно в 20 раз больше, чем в клетке). Такое неравновесие активно поддерживается мембраной, которая, подобно регулировщику, пропускает через свои «ворота» одни ионы и не пропускает другие.

Мембрана, словно бисквитный пирог, состоит из двух рыхлых слоёв сложных жиров (фосфолипидов), толщу которых пронизывают, как бусины, белки, выполняющие самые разнообразные функции, в частности они могут служить своеобразными «воротами» или каналами. Внутри таких белков есть отверстия, которые могут открываться и закрываться с помощью особых механизмов. Для каждого типа ионов существуют свои каналы. Например, движение ионов К+ возможно только через К+-каналы, а Nа+ — через Na+-каналы.

Когда клетка находится в состоянии покоя, для ионов К+ горит зелёный свет и они беспрепятственно покидают пределы клетки через свои каналы, направляясь туда, где их мало, чтобы уравновесить свою концентрацию. Помните школьный опыт по физике? Если взять стакан с водой и капнуть в него разведённый перманганат калия (марганцовку), то через некоторое время молекулы красящего вещества равномерно заполнят весь объём стакана, окрасив воду в розовый цвет. Классический пример диффузии. Аналогичным образом это происходит с ионами К+, которые есть в избытке в клетке и имеют всегда свободный выход через мембрану. Ионы же Nа+, как персона non grata, не имеют привилегий со стороны мембраны покоящейся клетки. В этот момент для них мембрана как неприступная крепость, проникнуть через которую почти невозможно, поскольку все Nа+-каналы закрыты.

Но при чём же здесь электричество, скажете вы? Всё дело в том, что, как было отмечено выше, наш организм состоит из растворённых солей и белков. В данном случае речь идёт о солях. Что такое растворённая соль? Это дуэт связанных между собой положительных катионов и отрицательных анионов кислот. Например, раствор хлорида калия — это K+ и Сl и т.д. Кстати, физиологический раствор, который широко используется в медицине для внутривенных вливаний, представляет собой раствор хлорида натрия — NaCl (поваренной соли) в концентрации 0,9%.

В естественных условиях просто ионов К+ или Nа+ поодиночке не бывает, они всегда находятся с анионами кислот — SO42–, Cl, PO43– и т.д., и в обычных условиях мембрана непроницаема для отрицательных частиц. Это означает, что, когда ионы К+ движутся через свои каналы, связанные с ними анионы, как магниты, тянутся за ними, но, не имея возможности выйти наружу, скапливаются на внутренней поверхности мембраны. Поскольку за пределами клетки, в межклеточном пространстве, преобладают ионы Nа+, то есть положительно заряженные частицы, плюс к ним постоянно просачиваются ионы К+, на наружной поверхности мембраны концентрируется избыточный положительный заряд, а на её внутренней поверхности — отрицательный. Так что клетка в состоянии покоя «искусственно» сдерживает неравновесие двух важных ионов — К+ и Nа+, в силу чего мембрана поляризуется за счёт разности зарядов по обе её стороны. Заряд в состоянии покоя клетки называют мембранным потенциалом покоя, который равен примерно −70 мВ. Именно такой величины заряд был впервые зарегистрирован Хаксли на гигантском нерве моллюска.

Когда стало ясно, откуда берётся «электричество» в клетке в состоянии покоя, тут же возник вопрос: куда же оно девается, если клетка работает, например когда наши мышцы сокращаются? Истина лежала на поверхности. Достаточно было заглянуть внутрь клетки в момент её возбуждения. Когда клетка реагирует на внешние или внутренние воздействия, в этот момент молниеносно, как по команде, открываются все Na+-каналы и ионы Na+, словно снежный ком, за доли секунд устремляются внутрь клетки. Таким образом, за мгновение, в состоянии возбуждения клетки, ионы Na+ уравновешивают свою концентрацию по обе стороны мембраны, ионы К+ по-прежнему медленно покидают клетку. Выход ионов К+ настолько медленный, что, когда ион Na+ наконец-то прорывается через неприступные стены мембраны, их там остаётся ещё достаточно много. Теперь уже внутри клетки, а именно на внутренней поверхности мембраны, сконцентрируется избыточный положительный заряд. На её же внешней поверхности будет отрицательный заряд, потому что, как и в случае с К+, за Na+ устремится целая армия отрицательных анионов, для которых мембрана по-прежнему непроницаема. Удерживаемые на её внешней поверхности электростатическими силами притяжения, эти «осколки» от солей создадут здесь отрицательное электрическое поле. Это означает, что в момент возбуждения клетки мы будем наблюдать реверсию заряда, то есть смену его знака на противоположный. Этим объясняется, почему заряд при возбуждении клетки меняется с отрицательного на положительный.

Есть и ещё один важный момент, который в далёкие времена описывал Гальвани, но не смог правильно объяснить. Когда Гальвани повреждал мышцу, она сокращалась. Тогда ему казалось, что это ток повреждения и он «выливается» из мышцы. В какой-то степени слова его были пророческими. Клетка действительно теряет свой заряд, когда работает. Заряд существует только тогда, когда есть разность между концентрациями ионов Na+/K+. При возбуждении клетки численность ионов Na+ по обе стороны мембраны одинакова, к этому же состоянию стремится и К+. Именно поэтому при возбуждении клетки заряд уменьшается и становится равен +40 мВ.

Когда загадку «возбуждения» разгадали, неизбежно возник другой вопрос: как же клетка приходит в норму? Каким образом заряд на ней возникает вновь? Ведь не умирает же она, после того как поработает. И действительно, через несколько лет нашли этот механизм. Им оказался белок, встроенный в мембрану, но это был необычный белок. С одной стороны, выглядел он так же, как и белки-каналы. А с другой — в отличие от своих собратьев, этот белок «дорого брал за свою работу», а именно энергией, такой ценной для клетки. Причём пригодная для его работы энергия должна быть особая, в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Эти молекулы специально синтезируются на «энергетических станциях» клетки — митохондриях, бережно там хранятся и при необходимости с помощью специальных переносчиков доставляются к месту назначения. Энергия из этих «боеголовок» высвобождается при их распаде и расходуется на различные нужды клетки. В частности, в нашем случае эта энергия требуется на работу белка, названного Na/K-АТФаза, основная функция которого заключается в том, чтобы, подобно челноку, перевозить Na+ наружу из клетки, а К+ — в обратном направлении.

Таким образом, чтобы восстановить утраченные силы, необходимо поработать. Задумайтесь, тут скрывается реальный парадокс. Когда клетка работает, то на уровне клеточной мембраны этот процесс протекает пассивно, а для того чтобы отдохнуть, ей требуется энергия.

Как нервы «разговаривают» друг с другом

Если уколоть палец, то рука тут же отдёрнется. То есть при механическом воздействии на рецепторы кожи возбуждение, возникшее в данной локальной точке, достигает головного мозга и возвращается обратно, на периферию, для того чтобы мы могли адекватно отреагировать на ситуацию. Это пример врождённой реакции, или безусловных рефлексов, к которым относятся множество защитных ответов, таких как мигание, кашель, чихание, чесание и т.д.

Каким же образом возбуждение, возникнув на мембране одной клетки, способно двигаться дальше? Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте познакомимся со строением нервной клетки — нейроном, смыл «жизни» которого состоит в проведении возбуждения или нервных импульсов.

Итак, нейрон, словно летящая комета, состоит из тела нервной клетки, вокруг которого ореолом располагаются множество маленьких отростков — дендритов, и длинного «хвоста» — аксона. Именно эти отростки служат своеобразными проводами, по которым течёт «живой ток». Поскольку вся эта сложная конструкция представляет собой единую клетку, то отростки нейрона обладают таким же набором ионов, как и его тело. Что представляет собой процесс возбуждения локального участка нейрона? Это некое возмущение «спокойствия» его внешней и внутренней среды, выражающееся в виде направленного движения ионов. Возбуждение, возникнув в том месте, куда пришёлся раздражитель, далее по цепочке распространяется по тем же принципам, что на этом участке. Только теперь раздражителем для соседних участков будет являться не внешний стимул, а внутренние процессы, вызванные потоками ионов Na+ и K+ и изменением заряда мембраны. Этот процесс подобен тому, как распространяются волны от камешка, брошенного в воду. Так же, как и в случае с камешком, биотоки по мембране нервного волокна распространяются круговыми волнами, вызывая возбуждение всё более отдалённых участков.

В эксперименте возбуждение от локальной точки распространяется далее в обоих направлениях. В реальных же условиях проведение нервных импульсов осуществляется однонаправленно. Связано это с тем, что тот участок, который поработал, нуждается в отдыхе. А отдых у нервной клетки, как мы уже знаем, активный и связан с затратами энергии. Возбуждение клетки есть «потеря» её заряда. Именно поэтому, как только клетка поработает, её способность к возбуждению резко падает. Этот период называют рефрактерным, от французского слова refractaire — невосприимчивый. Такая невосприимчивость может быть абсолютной (сразу же после возбуждения) или относительной (по мере восстановления заряда мембраны), когда возможно вызвать ответную реакцию, но чрезмерно сильными раздражителями.

Если задаться вопросом — какого цвета наш мозг, то окажется, что подавляющая его масса, за небольшим исключением, серо-белых тонов. Тела и короткие отростки нервных клеток серые, а длинные отростки белые. Белые они потому, что сверху на них имеется дополнительная изоляция в виде «жировых» или миелиновых подушек. Откуда возникают эти подушки? Вокруг нейрона существуют особые клетки, названные по имени немецкого нейрофизиолога, который их впервые описал, — шванновские клетки. Они, словно няньки, помогают нейрону расти и, в частности, выделяют миелин, представляющий собой своеобразное «сало» или липид, которым бережно окутываются участки растущего нейрона. Однако такой наряд покрывает не всю поверхность длинного отростка, а отдельные участки, между которыми аксон остаётся голым. Оголённые места называют перехватами Ранвье.

Интересно, но от того, как «одет» нервный отросток, зависит скорость проведения возбуждения. Нетрудно догадаться — специальная «форма одежды» существует для того, чтобы увеличить эффективность прохождения биотоков по нерву. Действительно, если в серых дендритах возбуждение двигается как черепаха (от 0,5 до 3 м/с), последовательно, не пропуская ни одного участка, то в белом аксоне нервные импульсы прыгают по «оголённым» участкам Ранвье, что существенно повышает скорость их проведения до 120 м/с. Такие быстрые нервы иннервируют в основном мышцы, обеспечивая защиту организма. Внутренние же органы не нуждаются в такой скорости. К примеру, мочевой пузырь может долго растягиваться и посылать импульсы о своём переполнении, в то время как рука должна отдёрнуться сразу от огня, иначе это грозит повреждением.

Мозг взрослого человека весит в среднем 1300 г. Эту массу составляет 1010 нервных клеток. Такое огромное количество нейронов! С помощью каких механизмов возбуждение с одной клетки попадает на другую?

Разгадка тайны коммуникации в нервной системе имеет свою историю. В середине XIX века французский физиолог Клод Бернар получил ценную посылку из Южной Америки с ядом кураре, тем самым, которым индейцы смазывали наконечники стрел. Учёный увлекался изучением действия ядов на организм. Было известно, что животное, сражённое таким ядом, умирает от удушья вследствие паралича дыхательных мышц, но никто не знал, как именно действует молниеносный убийца. Для того чтобы это понять, Бернар проделал простой опыт. Он растворил яд в чашке Петри, поместил туда мышцу с нервом и увидел, что если в яд погрузить только нерв, то мышца остаётся здоровой и по-прежнему может работать. Если отравить ядом только мышцу, то и в этом случае сохраняется её способность к сокращению. И лишь когда в яд помещали участок между нервом и мышцей, можно было наблюдать типичную картину отравления: мышца становилась неспособной сокращаться даже при очень сильных электрических воздействиях. Стало очевидно, что между нервом и мышцей существует «разрыв», на который и действует яд.

Оказалось, подобные «разрывы» можно найти в любой точке организма, вся нейронная сеть буквально ими пронизана. Были найдены и другие вещества, например никотин, который избирательно действовал на загадочные места между нервом и мышцей, вызывая её сокращение. Поначалу эти невидимые связи называли мионевральным соединением, а впоследствии английский нейрофизиолог Чарльз Шеррингтон дал им название синапсов, от латинского слова synapsis — соединение, связь. Однако жирную точку в этой истории поставил австрийский фармаколог Отто Леви, которому удалось найти посредника между нервом и мышцей. Говорят, ему привиделось во сне, что некое вещество «выливается» из нерва и заставляет мышцу работать. На следующее утро он твёрдо решил: нужно искать именно это вещество. И он его нашёл! Всё оказалось достаточно просто. Леви взял два сердца и выделил на одном из них самый крупный нерв — nervus vagus. Заранее предвидя, что из него должно что-то выделиться, он соединил системой трубочек эти два «мышечных мотора» и стал раздражать нерв. Леви знал — при его раздражении сердце останавливается. Однако останавливалось не только то сердце, на которое действовал раздражённый нерв, но и второе, соединённое с ним раствором. Немного позже Леви удалось выделить в чистом виде это вещество, которое получило название «ацетилхолин». Таким образом, было найдено неопровержимое доказательство наличия посредника в «разговоре» между нервом и мышцей. Это открытие удостоено Нобелевской премии.

А дальше всё пошло гораздо быстрее. Оказалось, открытый Леви принцип общения нервов с мышцами универсальный. С помощью такой системы общаются не только нервы и мышцы, но и сами нервы друг с другом. Однако, несмотря на тот факт, что принцип такой коммуникации один, посредники, или, как впоследствии их стали обозначать, медиаторы (от латинского слова mediator — посредник), могут быть разные. У каждого нерва он свой, как пропуск. Эту закономерность установил английский фармаколог Генри Дейл, за что тоже был удостоен Нобелевской премии. Итак, язык нейронного общения стал понятен, оставалось лишь только увидеть, как эта конструкция выглядит.

Как работает синапс

Если посмотреть на нейрон в электронный микроскоп, то мы увидим, что он, словно новогодняя ёлка, весь увешан какими-то пуговками. Таких «пуговок», или, как вы уже догадались, синапсов, только на одном нейроне может быть до 10 000. Посмотрим внимательнее на одну из них. Что мы увидим? На концевом участке нейрона длинный отросток утолщается, поэтому он нам кажется в виде пуговки. В этом утолщении аксон как бы истончается и теряет своё белое одеяние в виде миелина. Внутри же «пуговки» находится огромное количество пузырьков, заполненных каким-то веществом. В 1954 году Джордж Паладе догадался, что это есть не что иное, как хранилище для медиаторов (через 20 лет за эту догадку ему дали Нобелевскую премию). Когда возбуждение доходит до концевой станции длинного отростка, то медиаторы высвобождаются из своего заточения. Для этого используются ионы Са2+. Двигаясь к мембране, они сливаются с ней, затем лопаются (экзоцитоз), и медиатор под давлением попадает в пространство между двумя нервными клетками, которое получило название синаптической щели. Оно ничтожно мало, поэтому молекулы медиатора быстро попадают на мембрану соседнего нейрона, на которой в свою очередь находятся особые антенны, или рецепторы (от латинского слова recipio — брать, принимать), улавливающие посредника. Происходит это по принципу «ключ к замку» — геометрическая форма рецептора полностью соответствует форме посредника. Обменявшись «рукопожатием», медиатор и рецептор вынуждены расстаться. Встреча их весьма короткая и последняя для медиатора. Достаточно всего доли секунды, чтобы медиатор запустил возбуждение на соседнем нейроне, после чего он разрушается с помощью специальных механизмов. А потом эта история повторится ещё и ещё, и так до бесконечности будет бежать живое электричество по «нервным проводам», скрывая от нас множество тайн и тем самым привлекая к себе своей загадочностью.

Нужно ли говорить о значимости открытий в области электрофизиологии? Достаточно сказать, что за приоткрытие завесы в мир живого электричества присуждено семь Нобелевских премий. Сегодня львиная доля фармацевтической промышленности построена на этих фундаментальных открытиях. К примеру, сейчас поход к дантисту не такое уж страшное испытание. Один укол лидокаина — и в месте инъекции Na+-каналы временно заблокируются. И вы уже не почувствуете болезненных процедур. У вас заболел живот, врач назначит препараты (но-шпа, папаверин, платифилин и т.д.), в основе действия которых — блокада рецепторов, чтобы с ними не мог связаться медиатор ацетилхолин, запускающий многие процессы в желудочно-кишечном тракте, и т.д. В последнее время активно развивается серия фармакологических препаратов центрального действия, направленных на улучшение памяти, речевой функции и мыслительной деятельности.

Загадки природы: живое электричество

Оксана Семячкина-Глушковская,
канд. биол. наук
«Наука и жизнь» №9, 2010

Продолжаем публикацию научно-популярных лекций, прочитанных молодыми вузовскими преподавателями, получившими гранты Благотворительного фонда В. Потанина. На этот раз предлагаем вниманию читателей изложение лекции, которую прочла доцент кафедры физиологии человека и животных Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского кандидат биологических наук Оксана Семячкина-Глушковская.

Живые электростанции

Электричество играет порой невидимую, но жизненно важную роль в существовании многих организмов, включая человека.

Удивительно, но электричество вошло в нашу жизнь благодаря животным, в частности электрическим рыбам. Например, в основе электрофизиологического направления в медицине лежит использование в лечебных процедурах электрических скатов. Живые источники электричества в свою врачебную практику впервые ввёл известный древнеримский врач Клавдий Гален. Сын богатого архитектора, Гален получил вместе с хорошим образованием внушительное наследство, что позволило ему путешествовать в течение нескольких лет по берегам Средиземного моря. Однажды в одной из маленьких деревушек Гален увидел странное зрелище: двое местных жителей шли ему навстречу с привязанными к голове скатами. Это «обезболивающее средство» нашло применение при лечении ран гладиаторов в Риме, куда Гален вернулся после завершения путешествия. Своеобразные физиопроцедуры оказались настолько действенными, что даже император Марк Антоний, страдавший болями в спине, рискнул воспользоваться непривычным способом лечения. Избавившись от изнурительного недуга, император назначил Галена личным врачом.

Однако многие электрические рыбы используют электричество далеко не в мирных целях, в частности для того, чтобы убивать свою добычу.

Памятник Луиджи Гальвани (1737–1798) — итальянскому врачу и физиологу — в его родном городе Болонье. Фото Виталия Пирожкова

Впервые европейцы столкнулись с чудовищными живыми электростанциями в джунглях Южной Америки. Отряд искателей приключений, проникших в верховья Амазонки, наткнулся на множество мелких ручейков. Но как только один из участников экспедиции ступил ногой в тёплую воду ручейка, он упал без сознания и пробыл в таком состоянии два дня. Всё дело было в электрических угрях, обитающих в этих широтах. Амазонские электрические угри, достигающие трёх метров в длину, способны генерировать электричество напряжением более 550 В. Электрический удар в пресной воде оглушает добычу, которая обычно состоит из рыб и лягушек, но способен также убить человека и даже лошадь, если они в момент разряда находятся вблизи угря.

Неизвестно, когда бы всерьёз человечество взялось за электричество, если бы не удивительный случай, произошедший с женой известного болонского профессора Луиджи Гальвани. Не секрет, что итальянцы славятся широтой вкусовых пристрастий. Поэтому они не прочь иногда побаловаться лягушачьими лапками. День был ненастный, дул сильный ветер. Когда сеньора Гальвани зашла в мясную лавку, то её глазам открылась ужасная картина. Лапки мёртвых лягушек, словно живые, дёргались, когда касались железных перил при сильном порыве ветра. Сеньора так надоедала мужу своими рассказами о близости мясника с нечистой силой, что профессор решил сам выяснить, что же происходит на самом деле.

Это был тот самый счастливый случай, который разом перевернул жизнь итальянского анатома и физиолога. Принеся домой лягушачьи лапки, Гальвани убедился в правдивости слов жены: они действительно дёргались, когда касались железных предметов. В то время профессору было всего 34 года. Последующие 25 лет он потратил на то, чтобы найти разумное объяснение этому удивительному явлению. Результатом многолетних трудов явилась книга «Трактаты о силе электричества при мышечном движении», которая стала настоящим бестселлером и взволновала умы многих исследователей. Впервые заговорили о том, что электричество есть в каждом из нас и что именно нервы являются своеобразными «электропроводами». Гальвани казалось, что мышцы накапливают в себе электричество, а при сокращении испускают его. Эта гипотеза требовала дальнейших исследований. Но политические события, связанные с приходом к власти Наполеона Бонапарта, помешали профессору закончить эксперименты. В силу своего вольнодумства Гальвани был в бесчестии изгнан из университета и через год после этих трагических событий скончался в возрасте шестидесяти одного года.

И всё-таки судьбе было угодно, чтобы труды Гальвани нашли своё продолжение. Соотечественник Гальвани Алессандро Вольта, прочитав его книгу, пришёл к мысли о том, что в основе живого электричества лежат химические процессы, и создал прообраз привычных для нас батареек.

Биохимия электричества

Прошло ещё два века, прежде чем человечеству удалось раскрыть тайну живого электричества. Пока не был изобретён электронный микроскоп, учёные не могли себе даже представить, что вокруг клетки находится настоящая «таможня» со своими строгими правилами «паспортного контроля». Мембрана животной клетки — тонкая, не видимая невооружённым глазом оболочка, — обладая полупроницаемыми свойствами, является надёжным гарантом сохранения жизнеспособности клетки (поддержания её гомеостаза).

Электрический угорь способен генерировать электричество напряжением до 550 В. Фото: «Наука и жизнь»

Но вернёмся к электричеству. Какая существует взаимосвязь между мембраной клетки и живым электричеством?

Итак, первая половина XX века, 1936 год. В Англии зоолог Джон Юнг публикует методику препарирования нервного волокна головоногого моллюска. Диаметр волокна достигал 1 мм. Такой видимый глазу «гигантский» нерв сохранял способность проводить электричество даже вне организма в морской воде. Вот тот самый «золотой ключик», с помощью которого будет открыта дверь в тайны живого электричества. Прошло всего три года, и соотечественники Юнга — профессор Эндрю Хаксли и его ученик Алан Ходжкин, вооружившись электродами, поставили серию экспериментов на этом нерве, результаты которых перевернули мировоззрение и «зажгли зелёный свет» на пути к электрофизиологии.

Отправной точкой в этих исследованиях явилась книга Гальвани, а именно описание им тока повреждения: если мышцу разрезать, то электрический ток «выливается» из неё, что стимулирует её сокращение. Для того чтобы повторить эти эксперименты на нерве, Хаксли проткнул двумя тонкими, как волоски, электродами мембрану нервной клетки, поместив их таким образом в её содержимое (цитоплазму). Но вот неудача! Ему не удалось зарегистрировать электрические сигналы. Тогда он вынул электроды и поместил их на поверхность нерва. Результаты были печальными: ровным счётом ничего. Казалось, фортуна отвернулась от учёных. Оставался последний вариант — один электрод поместить внутрь нерва, а другой оставить на его поверхности. И вот он, счастливый случай! Уже через 0,0003 секунды был зарегистрирован электрический импульс с живой клетки. Было очевидно, что за такое мгновение импульс не может возникнуть вновь. Это означало только одно: заряд сконцентрирован на покоящейся неповреждённой клетке.

В последующие годы подобные опыты были проделаны на бесчисленном множестве других клеток. Оказалось, что все клетки заряжены и что заряд мембраны является неотъемлемым атрибутом её жизни. Пока клетка жива, у неё есть заряд. Однако оставалось всё ещё неясным, каким же образом клетка заряжается? Задолго до экспериментов Хаксли руcский физиолог Н. А. Бернштейн (1896–1966) опубликовал свою книгу «Электробиология» (1912). В ней он, словно провидец, теоретически раскрыл главную тайну живого электричества — биохимические механизмы возникновения заряда клетки. Удивительно, но через несколько лет данная гипотеза была блестяще подтверждена в экспериментах Хаксли, за что он и был удостоен Нобелевской премии. Итак, каковы же эти механизмы?

Как известно, всё гениальное просто. Так оказалось и в этом случае. Наш организм состоит на 70% из воды, а точнее, из раствора солей и белков. Если заглянуть внутрь клетки, то окажется, что её содержимое перенасыщено ионами К+ (внутри их примерно в 50 раз больше, чем за её пределами). Между клетками, в межклеточном пространстве, преобладают ионы Na+ (здесь их примерно в 20 раз больше, чем в клетке). Такое неравновесие активно поддерживается мембраной, которая, подобно регулировщику, пропускает через свои «ворота» одни ионы и не пропускает другие.

Мембрана, словно бисквитный пирог, состоит из двух рыхлых слоёв фосфолипидов, толщу которых пронизывают белки. Изображение: «Наука и жизнь»

Мембрана, словно бисквитный пирог, состоит из двух рыхлых слоёв сложных жиров (фосфолипидов), толщу которых пронизывают, как бусины, белки, выполняющие самые разнообразные функции, в частности они могут служить своеобразными «воротами» или каналами. Внутри таких белков есть отверстия, которые могут открываться и закрываться с помощью особых механизмов. Для каждого типа ионов существуют свои каналы. Например, движение ионов К+ возможно только через К+-каналы, а Nа+ — через Na+-каналы.

Когда клетка находится в состоянии покоя, для ионов К+ горит зелёный свет и они беспрепятственно покидают пределы клетки через свои каналы, направляясь туда, где их мало, чтобы уравновесить свою концентрацию. Помните школьный опыт по физике? Если взять стакан с водой и капнуть в него разведённый перманганат калия (марганцовку), то через некоторое время молекулы красящего вещества равномерно заполнят весь объём стакана, окрасив воду в розовый цвет. Классический пример диффузии. Аналогичным образом это происходит с ионами К+, которые есть в избытке в клетке и имеют всегда свободный выход через мембрану. Ионы же Nа+, как персона non grata, не имеют привилегий со стороны мембраны покоящейся клетки. В этот момент для них мембрана как неприступная крепость, проникнуть через которую почти невозможно, поскольку все Nа+-каналы закрыты.

Но при чём же здесь электричество, скажете вы? Всё дело в том, что, как было отмечено выше, наш организм состоит из растворённых солей и белков. В данном случае речь идёт о солях. Что такое растворённая соль? Это дуэт связанных между собой положительных катионов и отрицательных анионов кислот. Например, раствор хлорида калия — это K+ и Сl и т. д. Кстати, физиологический раствор, который широко используется в медицине для внутривенных вливаний, представляет собой раствор хлорида натрия — NaCl (поваренной соли) в концентрации 0,9%.

В естественных условиях просто ионов К+ или Nа+ поодиночке не бывает, они всегда находятся с анионами кислот — SO42–, Cl, PO43– и т. д., и в обычных условиях мембрана непроницаема для отрицательных частиц. Это означает, что, когда ионы К+ движутся через свои каналы, связанные с ними анионы, как магниты, тянутся за ними, но, не имея возможности выйти наружу, скапливаются на внутренней поверхности мембраны. Поскольку за пределами клетки, в межклеточном пространстве, преобладают ионы Nа+, то есть положительно заряженные частицы, плюс к ним постоянно просачиваются ионы К+, на наружной поверхности мембраны концентрируется избыточный положительный заряд, а на её внутренней поверхности — отрицательный. Так что клетка в состоянии покоя «искусственно» сдерживает неравновесие двух важных ионов — К+ и Nа+, в силу чего мембрана поляризуется за счёт разности зарядов по обе её стороны. Заряд в состоянии покоя клетки называют мембранным потенциалом покоя, который равен примерно —70 мВ. Именно такой величины заряд был впервые зарегистрирован Хаксли на гигантском нерве моллюска.

Фермент Na/К-АТФаза работает по принципу челнока, выкачивая из клетки три иона Na и закачивая два иона К для восстановления работоспособности. Изображение: «Наука и жизнь»

Когда стало ясно, откуда берётся «электричество» в клетке в состоянии покоя, тут же возник вопрос: куда же оно девается, если клетка работает, например когда наши мышцы сокращаются? Истина лежала на поверхности. Достаточно было заглянуть внутрь клетки в момент её возбуждения. Когда клетка реагирует на внешние или внутренние воздействия, в этот момент молниеносно, как по команде, открываются все Na+-каналы и ионы Na+, словно снежный ком, за доли секунд устремляются внутрь клетки. Таким образом, за мгновение, в состоянии возбуждения клетки, ионы Na+ уравновешивают свою концентрацию по обе стороны мембраны, ионы К+ по-прежнему медленно покидают клетку. Выход ионов К+ настолько медленный, что, когда ион Na+ наконец-то прорывается через неприступные стены мембраны, их там остаётся ещё достаточно много. Теперь уже внутри клетки, а именно на внутренней поверхности мембраны, сконцентрируется избыточный положительный заряд. На её же внешней поверхности будет отрицательный заряд, потому что, как и в случае с К+, за Na+ устремится целая армия отрицательных анионов, для которых мембрана по-прежнему непроницаема. Удерживаемые на её внешней поверхности электростатическими силами притяжения, эти «осколки» от солей создадут здесь отрицательное электрическое поле. Это означает, что в момент возбуждения клетки мы будем наблюдать реверсию заряда, то есть смену его знака на противоположный. Этим объясняется, почему заряд при возбуждении клетки меняется с отрицательного на положительный.

Есть и ещё один важный момент, который в далёкие времена описывал Гальвани, но не смог правильно объяснить. Когда Гальвани повреждал мышцу, она сокращалась. Тогда ему казалось, что это ток повреждения и он «выливается» из мышцы. В какой-то степени слова его были пророческими. Клетка действительно теряет свой заряд, когда работает. Заряд существует только тогда, когда есть разность между концентрациями ионов Na+/K+. При возбуждении клетки численность ионов Na+ по обе стороны мембраны одинакова, к этому же состоянию стремится и К+. Именно поэтому при возбуждении клетки заряд уменьшается и становится равен +40 мВ.

Когда загадку «возбуждения» разгадали, неизбежно возник другой вопрос: как же клетка приходит в норму? Каким образом заряд на ней возникает вновь? Ведь не умирает же она, после того как поработает. И действительно, через несколько лет нашли этот механизм. Им оказался белок, встроенный в мембрану, но это был необычный белок. С одной стороны, выглядел он так же, как и белки-каналы. А с другой — в отличие от своих собратьев, этот белок «дорого брал за свою работу», а именно энергией, такой ценной для клетки. Причём пригодная для его работы энергия должна быть особая, в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Эти молекулы специально синтезируются на «энергетических станциях» клетки — митохондриях, бережно там хранятся и при необходимости с помощью специальных переносчиков доставляются к месту назначения. Энергия из этих «боеголовок» высвобождается при их распаде и расходуется на различные нужды клетки. В частности, в нашем случае эта энергия требуется на работу белка, названного Na/K-АТФаза, основная функция которого заключается в том, чтобы, подобно челноку, перевозить Na+ наружу из клетки, а К+ — в обратном направлении.

Таким образом, чтобы восстановить утраченные силы, необходимо поработать. Задумайтесь, тут скрывается реальный парадокс. Когда клетка работает, то на уровне клеточной мембраны этот процесс протекает пассивно, а для того чтобы отдохнуть, ей требуется энергия.

Как нервы «разговаривают» друг с другом

Если уколоть палец, то рука тут же отдёрнется. То есть при механическом воздействии на рецепторы кожи возбуждение, возникшее в данной локальной точке, достигает головного мозга и возвращается обратно, на периферию, для того чтобы мы могли адекватно отреагировать на ситуацию. Это пример врождённой реакции, или безусловных рефлексов, к которым относятся множество защитных ответов, таких как мигание, кашель, чихание, чесание и т. д.

Каким же образом возбуждение, возникнув на мембране одной клетки, способно двигаться дальше? Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте познакомимся со строением нервной клетки — нейроном, смыл «жизни» которого состоит в проведении возбуждения или нервных импульсов.

Итак, нейрон, словно летящая комета, состоит из тела нервной клетки, вокруг которого ореолом располагаются множество маленьких отростков — дендритов, и длинного «хвоста» — аксона. Именно эти отростки служат своеобразными проводами, по которым течёт «живой ток». Поскольку вся эта сложная конструкция представляет собой единую клетку, то отростки нейрона обладают таким же набором ионов, как и его тело. Что представляет собой процесс возбуждения локального участка нейрона? Это некое возмущение «спокойствия» его внешней и внутренней среды, выражающееся в виде направленного движения ионов. Возбуждение, возникнув в том месте, куда пришёлся раздражитель, далее по цепочке распространяется по тем же принципам, что на этом участке. Только теперь раздражителем для соседних участков будет являться не внешний стимул, а внутренние процессы, вызванные потоками ионов Na+ и K+ и изменением заряда мембраны. Этот процесс подобен тому, как распространяются волны от камешка, брошенного в воду. Так же, как и в случае с камешком, биотоки по мембране нервного волокна распространяются круговыми волнами, вызывая возбуждение всё более отдалённых участков.

В эксперименте возбуждение от локальной точки распространяется далее в обоих направлениях. В реальных же условиях проведение нервных импульсов осуществляется однонаправленно. Связано это с тем, что тот участок, который поработал, нуждается в отдыхе. А отдых у нервной клетки, как мы уже знаем, активный и связан с затратами энергии. Возбуждение клетки есть «потеря» её заряда. Именно поэтому, как только клетка поработает, её способность к возбуждению резко падает. Этот период называют рефрактерным, от французского слова refractaire — невосприимчивый. Такая невосприимчивость может быть абсолютной (сразу же после возбуждения) или относительной (по мере восстановления заряда мембраны), когда возможно вызвать ответную реакцию, но чрезмерно сильными раздражителями.

Если задаться вопросом — какого цвета наш мозг, то окажется, что подавляющая его масса, за небольшим исключением, серо-белых тонов. Тела и короткие отростки нервных клеток серые, а длинные отростки белые. Белые они потому, что сверху на них имеется дополнительная изоляция в виде «жировых» или миелиновых подушек. Откуда возникают эти подушки? Вокруг нейрона существуют особые клетки, названные по имени немецкого нейрофизиолога, который их впервые описал, — шванновские клетки. Они, словно няньки, помогают нейрону расти и, в частности, выделяют миелин, представляющий собой своеобразное «сало» или липид, которым бережно окутываются участки растущего нейрона. Однако такой наряд покрывает не всю поверхность длинного отростка, а отдельные участки, между которыми аксон остаётся голым. Оголённые места называют перехватами Ранвье.

Интересно, но от того, как «одет» нервный отросток, зависит скорость проведения возбуждения. Нетрудно догадаться — специальная «форма одежды» существует для того, чтобы увеличить эффективность прохождения биотоков по нерву. Действительно, если в серых дендритах возбуждение двигается как черепаха (от 0,5 до 3 м/с), последовательно, не пропуская ни одного участка, то в белом аксоне нервные импульсы прыгают по «оголённым» участкам Ранвье, что существенно повышает скорость их проведения до 120 м/с. Такие быстрые нервы иннервируют в основном мышцы, обеспечивая защиту организма. Внутренние же органы не нуждаются в такой скорости. К примеру, мочевой пузырь может долго растягиваться и посылать импульсы о своём переполнении, в то время как рука должна отдёрнуться сразу от огня, иначе это грозит повреждением.

Мозг взрослого человека весит в среднем 1300 г. Эту массу составляет 1010 нервных клеток. Такое огромное количество нейронов! С помощью каких механизмов возбуждение с одной клетки попадает на другую?

Разгадка тайны коммуникации в нервной системе имеет свою историю. В середине XIX века французский физиолог Клод Бернар получил ценную посылку из Южной Америки с ядом кураре, тем самым, которым индейцы смазывали наконечники стрел. Учёный увлекался изучением действия ядов на организм. Было известно, что животное, сражённое таким ядом, умирает от удушья вследствие паралича дыхательных мышц, но никто не знал, как именно действует молниеносный убийца. Для того чтобы это понять, Бернар проделал простой опыт. Он растворил яд в чашке Петри, поместил туда мышцу с нервом и увидел, что если в яд погрузить только нерв, то мышца остаётся здоровой и по-прежнему может работать. Если отравить ядом только мышцу, то и в этом случае сохраняется её способность к сокращению. И лишь когда в яд помещали участок между нервом и мышцей, можно было наблюдать типичную картину отравления: мышца становилась неспособной сокращаться даже при очень сильных электрических воздействиях. Стало очевидно, что между нервом и мышцей существует «разрыв», на который и действует яд.

Микрофотография нейрона, плотно упакованного синапсами. Фото: «Наука и жизнь»

Оказалось, подобные «разрывы» можно найти в любой точке организма, вся нейронная сеть буквально ими пронизана. Были найдены и другие вещества, например никотин, который избирательно действовал на загадочные места между нервом и мышцей, вызывая её сокращение. Поначалу эти невидимые связи называли мионевральным соединением, а впоследствии английский нейрофизиолог Чарльз Шеррингтон дал им название синапсов, от латинского слова synapsis — соединение, связь. Однако жирную точку в этой истории поставил австрийский фармаколог Отто Леви, которому удалось найти посредника между нервом и мышцей. Говорят, ему привиделось во сне, что некое вещество «выливается» из нерва и заставляет мышцу работать. На следующее утро он твёрдо решил: нужно искать именно это вещество. И он его нашёл! Всё оказалось достаточно просто. Леви взял два сердца и выделил на одном из них самый крупный нерв — nervus vagus. Заранее предвидя, что из него должно что-то выделиться, он соединил системой трубочек эти два «мышечных мотора» и стал раздражать нерв. Леви знал — при его раздражении сердце останавливается. Однако останавливалось не только то сердце, на которое действовал раздражённый нерв, но и второе, соединённое с ним раствором. Немного позже Леви удалось выделить в чистом виде это вещество, которое получило название «ацетилхолин». Таким образом, было найдено неопровержимое доказательство наличия посредника в «разговоре» между нервом и мышцей. Это открытие удостоено Нобелевской премии.

А дальше всё пошло гораздо быстрее. Оказалось, открытый Леви принцип общения нервов с мышцами универсальный. С помощью такой системы общаются не только нервы и мышцы, но и сами нервы друг с другом. Однако, несмотря на тот факт, что принцип такой коммуникации один, посредники, или, как впоследствии их стали обозначать, медиаторы (от латинского слова mediator — посредник), могут быть разные. У каждого нерва он свой, как пропуск. Эту закономерность установил английский фармаколог Генри Дейл, за что тоже был удостоен Нобелевской премии. Итак, язык нейронного общения стал понятен, оставалось лишь только увидеть, как эта конструкция выглядит.

Как работает синапс

Если посмотреть на нейрон в электронный микроскоп, то мы увидим, что он, словно новогодняя ёлка, весь увешан какими-то пуговками. Таких «пуговок», или, как вы уже догадались, синапсов, только на одном нейроне может быть до 10 000. Посмотрим внимательнее на одну из них. Что мы увидим? На концевом участке нейрона длинный отросток утолщается, поэтому он нам кажется в виде пуговки. В этом утолщении аксон как бы истончается и теряет своё белое одеяние в виде миелина. Внутри же «пуговки» находится огромное количество пузырьков, заполненных каким-то веществом. В 1954 году Джордж Паладе догадался, что это есть не что иное, как хранилище для медиаторов (через 20 лет за эту догадку ему дали Нобелевскую премию). Когда возбуждение доходит до концевой станции длинного отростка, то медиаторы высвобождаются из своего заточения. Для этого используются ионы Са2+. Двигаясь к мембране, они сливаются с ней, затем лопаются (экзоцитоз), и медиатор под давлением попадает в пространство между двумя нервными клетками, которое получило название синаптической щели. Оно ничтожно мало, поэтому молекулы медиатора быстро попадают на мембрану соседнего нейрона, на которой в свою очередь находятся особые антенны, или рецепторы (от латинского слова recipio — брать, принимать), улавливающие посредника. Происходит это по принципу «ключ к замку» — геометрическая форма рецептора полностью соответствует форме посредника. Обменявшись «рукопожатием», медиатор и рецептор вынуждены расстаться. Встреча их весьма короткая и последняя для медиатора. Достаточно всего доли секунды, чтобы медиатор запустил возбуждение на соседнем нейроне, после чего он разрушается с помощью специальных механизмов. А потом эта история повторится ещё и ещё, и так до бесконечности будет бежать живое электричество по «нервным проводам», скрывая от нас множество тайн и тем самым привлекая к себе своей загадочностью.

Нужно ли говорить о значимости открытий в области электрофизиологии? Достаточно сказать, что за приоткрытие завесы в мир живого электричества присуждено семь Нобелевских премий. Сегодня львиная доля фармацевтической промышленности построена на этих фундаментальных открытиях. К примеру, сейчас поход к дантисту не такое уж страшное испытание. Один укол лидокаина — и в месте инъекции Na+-каналы временно заблокируются. И вы уже не почувствуете болезненных процедур. У вас заболел живот, врач назначит препараты (но-шпа, папаверин, платифилин и т. д.), в основе действия которых — блокада рецепторов, чтобы с ними не мог связаться медиатор ацетилхолин, запускающий многие процессы в желудочно-кишечном тракте, и т. д. В последнее время активно развивается серия фармакологических препаратов центрального действия, направленных на улучшение памяти, речевой функции и мыслительной деятельности.

Живое электричество - научно-популярное для детей и не только — LiveJournal

title
Электричество – достояние не только нашей цивилизации, рыбы научились использовать его задолго до появления людей. Электрический скат, угорь и еще представители более чем 300 видов имеют электрические органы, которые представляют собой видоизмененные мышцы. Эти органы способны генерировать импульсы до 5 киловатт и разность потенциалов до 1200 вольт, что может быть крайне опасно для людей. Рыбы используют эти органы по-разному: для охоты, для привлечения жертв, для навигации и даже для генерации кислорода из воды, чтобы дышать.

slon

knife
Нильский слоник и амазонская рыба-нож используют электрические органы только для навигации, подобно тому, как летучие мыши ориентируются с помощью эхолокации.  Они создают вокруг себя слабое электрическое поле и объект, попадающий в него, вызывает искажение, которое зависит от его проводимости. Эти искажения рыбы считывают с помощью электрорецепторов на коже и интерпретируют для построения маршрута. Чем-то напоминает металлоискатель.

eel

Электрические угри – пресноводные рыбы, они способны генерировать самые мощные электрические разряды, конечно, такая мощь используется как оружие для отпугивания хищников и оглушения жертв. Угри стали особенно популярны в Викторианскую эпоху, когда у ученых проснулся интерес к электричеству. Электрический сом, тоже пресноводный обитатель и подобно угрю использует этот орган как оружие. Благодаря электрическим разрядам, который разлагает молекулы воды на кислород и водород, вода вокруг этих рыб обогащена кислородом, что дополнительно привлекает потенциальных жертв. Разряды этих пресноводных хищников опасны для людей, убить может и не убьют, но будет очень больно.

skat
Электрический скат – морской житель, имеет крайне слабое зрение, что компенсирует электрорецепцией, помимо ориентирования электрическими разрядами эти хрящевые рыбы могут убить достаточно крупную жертву. Тоже весьма опасны.

Это лишь самые известные обладатели электрических органов, однако их разнообразие по истине огромно и крайне интересно.

Электрические органы оказались настолько полезны, что за время существования рыб эволюционно возникали независимо 6 раз (согласно последним генетическим исследованиям, опубликованным в Science)! Но, несмотря на это, группы генов, вовлеченные в формирование электроцитов (клеток, отвечающих за генерацию электричества) очень схожи у всех видов, другими словами они использовали те же самые генетические инструменты, чтобы на клеточном уровне на ранних этапах развития преобразовать мышечные клетки в специфические структуры электрического органа. Все мышечные клетки (не только рыб) обладают электрическим потенциалом, и при сокращении можно фиксировать небольшое электрическое напряжение на поверхности тела. Именно эту разность потенциалов измеряют, когда, например, снимают электрокардиограмму. Порядка 100 млн лет назад рыбы научились преумножать этот потенциал, превращая мышечные клетки в гораздо большие по размеру электроциты. Вместе эти клетки способны генерировать весьма мощные заряды.

bionic
(Lindsay Block  a.k.a. bionic woman)
Подобные исследования имеют и прикладную ценность. Если мы будет понимать, как происходит образование электроцитов на молекулярном уровне, то сможем использовать это в биотехнологии для создания «живых батарей», от которых могут работать бионические протезы и другие медицинские приборы, улучшающие качество жизни людей. Только подумать – электроника, которую запитывает само человеческое тело, и не надо никаких батареек!

Электричество — Википедия

Электри́чество — физическое явление, обусловленное существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества[1].

История

Одним из первых, чьё внимание привлекло электричество, был греческий философ Фалес Милетский, который в VII веке до н. э. обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч. ἤλεκτρον: электрон) приобретает свойства притягивать лёгкие предметы[2]. Однако, долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году Уильям Гилберт ввёл в обращение сам термин электричество («янтарность»), а в 1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания[3]. В 1729 году англичанин Стивен Грей провёл опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество[4]. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шёлк и смолы о шерсть[5]. В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создаёт первый электрический конденсатор — Лейденскую банку. Примерно в эти же годы работы по изучению атмосферного электричества вели и русские учёные — Г. В. Рихман и М. В. Ломоносов.

Первую теорию электричества создаёт американец Бенджамин Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения с электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний[6]. Изучение электричества переходит в категорию точной науки после открытия в 1785 году закона Кулона.

Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой[1]. В 1802 году Василий Петров обнаружил вольтову дугу.

В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).

Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создаёт на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привёл Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 году.

В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).

В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества — электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.

В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединённую теорию электрослабых взаимодействий.

Теория

Электрический заряд — это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся, прежде всего, в способности создавать вокруг себя электрическое поле и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела[7]. Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (выбор, какой именно заряд назвать положительным, а какой отрицательным, считается в науке чисто условным, однако этот выбор уже исторически сделан и теперь — хоть и условно — за каждым из зарядов закреплён вполне определённый знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и, таким образом, имеют место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм) (Эрстед, Фарадей, Максвелл). В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, электрон имеет отрицательный заряд, а протон и позитрон — положительный.

Наиболее общая фундаментальная наука, изучающая электрические заряды, их взаимодействие и поля, ими порождаемые и действующие на них (то есть практически полностью покрывающая тему электричества, за исключением таких деталей, как электрические свойства конкретных веществ, как то электропроводность (и т. п.) — это электродинамика. Квантовые свойства электромагнитных полей, заряженных частиц (и т. п.) изучаются наиболее глубоко квантовой электродинамикой, хотя часть из них может быть объяснена более простыми квантовыми теориями.

Электричество в природе

Ярким проявлением электричества в природе служат молнии, электрическая природа которых была установлена в XVIII веке. Молнии издавна вызывали лесные пожары. По одной из версий, именно молнии привели к первоначальному синтезу аминокислот и появлению жизни на земле (Эксперимент Миллера — Юри и Теория Опарина — Холдейна). Атмосфера Земли представляет собой гигантский конденсатор, нижняя обкладка которого (земная поверхность) заряжена отрицательно, а верхняя обкладка (верхние слои атмосферы до высоты 50 км) положительно. Разность потенциалов между поверхностью Земли и верхними слоями атмосферы составляет 400 кВ, вблизи поверхности Земли существует постоянное электрическое поле напряжённостью 100 В/м. Отрицательный заряд земной поверхности поддерживается молниями Весьма сомнительное утверждение[источник не указан 214 дней][8].

Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 — 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передаётся без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия[9].

Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Южноамериканский электрический угорь способен генерировать электрические разряды напряжением до 500 вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создаёт напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде[10].

Производство и практическое использование

Генерирование и передача

Ранние эксперименты эпохи античности, такие, как опыты Фалеса с янтарными палочками, были фактически первыми попытками изучения вопросов, связанных с производством электрической энергии. Этот метод в настоящее время известен как трибоэлектрический эффект, и хотя с его помощью можно притягивать лёгкие предметы и порождать искры, в сущности он чрезвычайно малоэффективен[11]. Функциональный источник электричества появился только в 1800 году, когда было изобретено первое устройство для его получения — вольтов столб. Он и его современный вариант, электрическая батарея, являются химическими источниками электрического тока: в основе их работы лежит взаимодействие веществ в электролите. Батарея даёт возможность получить электричество в случае необходимости, является многофункциональным и широко распространённым источником питания, который хорошо подходит для применения в различных условиях и ситуациях, однако её запас энергии конечен, и после истощения последнего батарея нуждается в замене или перезарядке. Для удовлетворения более существенных потребностей в большем её объёме электрическая энергия должна непрерывно генерироваться и передаваться по линиям электропередач.

Обычно для её порождения применяются электромеханические генераторы, приводимые в действие либо за счёт сжигания ископаемого топлива, либо с использованием энергии от ядерных реакций, либо посредством силы воздушных или водных течений. Современная паровая турбина, изобретённая Ч. Парсонсом в 1884 году, в настоящее время генерирует примерно 80 % всего электричества в мире, используя те или иные источники нагрева. Эти устройства более не напоминают униполярный дисковый генератор Фарадея, созданный им в 1831 году, однако в их основе по-прежнему лежит открытый им принцип электромагнитной индукции — возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него[12]. Ближе к концу XIX века был изобретён трансформатор, что позволило более эффективно передавать электроэнергию при более высоком напряжении и меньшей силе тока. В свою очередь, эффективность передачи энергии обусловливала возможность генерировать электричество на централизованных электростанциях с выгодой для последних и затем перенаправлять его на довольно протяжённые дистанции к конечным потребителям[13][14].

Получение электричества из кинетической энергии ветра набирает популярность во многих странах мира

Поскольку электроэнергию затруднительно хранить в таких количествах, которые были бы достаточны в масштабах государства, необходимо соблюдать баланс: генерировать ровно столько электричества, сколько потребляется пользователями. Для этого энергетическим компаниям необходимо тщательно прогнозировать нагрузку и постоянно координировать производственный процесс со своими электростанциями. Некоторое количество мощностей при этом держится в резерве, чтобы в случае возникновения тех или иных проблем или потерь энергии подстраховывать электросети.

По мере того, как идёт модернизация и развивается экономика того или иного государства, спрос на электричество быстро возрастает. В частности, для Соединенных Штатов этот показатель составил 12 % роста в год на протяжении первой трети XX века[15], а в настоящее время аналогичный прогресс наблюдается у таких интенсивно развивающихся экономик, как Китай и Индия[16][17]. Исторически рост потребности в электричестве опережает аналогичные показатели для других видов энергоносителей[18]. Следует также заметить, что беспокойство по поводу влияния производств электроэнергии на окружающую среду привело к сосредоточению внимания на генерировании электричества посредством возобновляемых источников — в особенности за счёт энергии ветра и воды[19].

Применение

Лампа накаливания

Использование электричества обеспечивает довольно удобный[источник не указан 1101 день] способ передачи энергии, и в силу этого оно было адаптировано для существенного и по сей день растущего спектра практических приложений[20]. Одним из первых общедоступных способов применения электричества было освещение; условия для этого оказались созданы после изобретения лампы накаливания в 1870-х годах. Создателем лампы накаливания является русский электротехник А.Н. Лодыгин[21]. Первая лампа накаливания представляла собой замкнутый сосуд без воздуха с угольным стержнем.[22]. Хотя с электрификацией были сопряжены свои риски, замена открытого огня на электрическое освещение в значительной степени сократила количество возгораний в быту и на производстве[23].

В целом, начиная с XIX века, электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют не только для освещения[24], но и для передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте[25] (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).

В целях получения электричества созданы оснащённые электрогенераторами электростанции, а для его хранения — аккумуляторы и электрические батареи.

Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка) и создания музыки (электрогитара).

Закон Джоуля-Ленца о тепловом действии электрического тока обусловливает возможности для электрического отопления помещений. Хотя такой способ довольно универсален и обеспечивает определённую степень управляемости, его можно рассматривать как излишне ресурсозатратный — в силу того, что генерирование используемого в нём электричества уже потребовало производства тепла на электростанции[26]. В некоторых странах, например — в Дании, были даже приняты законодательные нормы, ограничивающие или полностью запрещающие использование электрических средств отопления в новых домах[27]. В то же время электричество — это практичный источник энергии для охлаждения, и одной из активно растущих областей спроса на электричество является кондиционирование воздуха[28][29].

По данным Всемирного банка, на сегодняшний день (2015) более миллиарда человек в мире живут без использования электричества в быту. Около 3 млрд человек используют для приготовления пищи и отопления керосин, дрова, древесный уголь и навоз.[30].

Хронология основных открытий и изобретений

Примечания

  1. 1 2 Спиридонов О. П. «Универсальные физические постоянные», М., «Просвещение», 1984, с. 52, ББК 22.3 С72
  2. ↑ Электричество до Франклина
  3. ↑ Электростатическая машина Герике
  4. ↑ Первые опыты по передаче электричества на расстояние
  5. ↑ История электричества
  6. ↑ Открытие электричества
  7. ↑ Это не единственное свойство заряженных тел; например, заряженные тела при движении способны создавать ещё и магнитное поле, а также подвергаются воздействию последнего (также в случае своего движения).
  8. ↑ Электричество и магнетизм, 2004, с. 178.
  9. ↑ Электричество в живых организмах, 1988, с. 66.
  10. ↑ Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. — М.: «Наука», Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986, 144 с. (Б-чка «Квант», Вып. 49) тир. 135000 экз., ББК 22.3 + 28 Гл. 1. Живое электричество.
  11. ↑ Dell, Ronald & Rand, David (2001), "Understanding Batteries", Unknown (Royal Society of Chemistry) . — Т. 86: 2–4, ISBN 0-85404-605-4 
  12. ↑ McLaren, Peter G. (1984), Elementary Electric Power and Machines, Ellis Horwood, сс. 182–183, ISBN 0-85312-269-5 
  13. ↑ Patterson, Walter C. (1999), Transforming Electricity: The Coming Generation of Change, Earthscan, сс. 44–48, ISBN 1-85383-341-X 
  14. ↑ Edison Electric Institute, History of the Electric Power Industry, <http://www.eei.org/industry_issues/industry_overview_and_statistics/history>. Проверено 8 декабря 2007. 
  15. ↑ Edison Electric Institute, History of the U.S. Electric Power Industry, 1882-1991, <http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricity/chg_stru_update/appa.html>. Проверено 8 декабря 2007. 
  16. ↑ Carbon Sequestration Leadership Forum, An Energy Summary of India, <http://www.cslforum.org/india.htm>. Проверено 8 декабря 2007. 
  17. ↑ IndexMundi, China Electricity - consumption, <http://www.indexmundi.com/china/electricity_consumption.html>. Проверено 8 декабря 2007. 
  18. ↑ National Research Council (1986), Electricity in Economic Growth, National Academies Press, с. 16, ISBN 0-309-03677-1 
  19. ↑ National Research Council (1986), Electricity in Economic Growth, National Academies Press, с. 89, ISBN 0-309-03677-1 
  20. ↑ Wald, Matthew (21 March 1990), "Growing Use of Electricity Raises Questions on Supply", New York Times, <http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=9C0CE6DD1F3AF932A15750C0A966958260>. Проверено 9 декабря 2007. 
  21. ↑ Один из первых коммерчески успешных вариантов электрической лампы накаливания был разработан Т. Эдисоном.
  22. ↑ Большая советская энциклопедия
  23. ↑ d'Alroy Jones, Peter, The Consumer Society: A History of American Capitalism, Penguin Books, с. 211 
  24. ↑ Жителям Подмосковья электричество не светит
  25. ↑ Из-за отключения электричества в Санкт-Петербурге встал электротранспорт
  26. ↑ ReVelle, Charles and Penelope (1992), The Global Environment: Securing a Sustainable Future, Jones & Bartlett, с. 298, ISBN 0-86720-321-8 
  27. ↑ Danish Ministry of Environment and Energy, F.2 The Heat Supply Act, <http://glwww.mst.dk/udgiv/Publications/1997/87-7810-983-3/html/annexf.htm>. Проверено 9 декабря 2007. 
  28. ↑ Brown, Charles E. (2002), Power resources, Springer, ISBN 3-540-42634-5 
  29. ↑ Hojjati, B. & Battles, S., The Growth in Electricity Demand in U.S. Households, 1981-2001: Implications for Carbon Emissions, <http://www.eia.doe.gov/emeu/efficiency/2005_USAEE.pdf>. Проверено 9 декабря 2007. 
  30. ↑ Более миллиарда людей в мире живут без электричества - ИА "Финмаркет"

Литература

  • Калашников С. Г. Электричество. — М., Наука, 1985. — 576 с.
  • Эйхенвальд А. А. Электричество. — М., Государственное технико-теоретическое издательство, 1933
  • Беркинблит М.Б., Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах. — М.: Наука, 1988. — 288 с.
  • Фейнман Р. Фейнмановские лекции по физике. Т. 5. Электричество и магнетизм. — М.: Едиториал УРСС, 2004. — 304 с.

Ссылки

ПРИРОДА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

ПРИРОДА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

Галенко А.В. 1

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Проблема проекта:

Каждый год в школе “Логос” проходит интересная научно-практическая конференция в рамках одной большой темы “Люди, которые изменили мир”. В 2016-2017 учебном году данная тема посвящена великому физику Н. Тесла. Нас пригласили в качестве гостей на открытие конференции. Из гостей мы стали участниками. На выбор участникам конференции было предложено несколько тем, связанных с электричеством.

Изначально я хотела делать проект по биологии и физики, поэтому я выбрала тему «Природа электричества в живых организмах».

Цель проекта:

Выяснить природу электричества в живых организмах и рассказать об этом ребятам.

Продукт проекта:

  1. Макет ската, на котором показаны электрические органы;

  2. Классный час в 3 классе;

  3. Участие в конференции.

Спецификация:

  1. Научность

  2. Наглядность

  3. Адекватность

  4. Понятность для разных возрастов

Список задач:

1)Обработать литературу

2) Подобрать необходимый материал для изготовления макета

3) Создать учебный макет

4) Написать сценарий для проведения уроков в 3-х классах

5) Провести классный час в 3-х классах, выступить на научно-практической конференции в ЧОУ СОШ «Логос».

Теоретическая часть

Раздел 1. Электромагнетизм.

Сначала разберем, что такое электричество?

Существует невидимая сила, которая протекает внутри биологических объектов и неживой среды. Эта сила называется электричеством. Электричество - это энергия, создаваемая движением и взаимодействием заряженных частиц. Термин «электричество» произошел от греческого слова «электрон», которое переводится как «янтарь». Древние греки обнаружили, что, потерев этот камень, можно получить небольшой статистический заряд. Но создавать электрический ток для своих потребностей люди научились только в начале XIX века.

А электромагнетизм – это явления, возникающие в результате взаимодействия электрического тока и магнетизма. В основе этого раздела лежит учение об электрическом заряде. В природе существуют два вида электрических зарядов, которые условно названы положительные и отрицательные. Элементарные электрические заряды входят в состав атомов вещества: электрон (носитель отрицательного заряда «-») и протон (носитель положительного заряда «+») (рис.1.1).

 

Рис.1.1. Электрические заряды.

 

В зависимости от состояния электрических зарядов и различных свойств проявления их в природе, раздел электромагнетизма условно можно разделить на три подраздела, что облегчает изучение материала: электростатика, электрический ток, магнетизм.

Электростатика — раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов ( коли́чество электри́чества ).

Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.

Многие физические явления, наблюдаемые в природе и окружающей нас жизни, не могут быть объяснены на основе законов механики, молекулярно-кинетической теории и термодинамики. В этих явлениях проявляются силы, действующие между телами на расстоянии, причем эти силы не зависят от масс взаимодействующих тел и, следовательно, не являются гравитационными. В отличие от механических взаимодействий, где участниками физического процесса являются частицы вещества, массы, в электромагнитных взаимодействиях участвуют частицы эфира, не имеющие массы. Как в случае механических, так и электромагнитных взаимодействиях на расстоянии общим является то, что такие дистантные взаимодействия обеспечивают соответствующие физические поля, через которые передаются физические взаимодействия.

О существовании электромагнитных сил знали еще древние греки. Но систематическое, количественное изучение физических явлений, в которых проявляется электромагнитное взаимодействие тел, началось только в конце XVIII века. Трудами многих ученых в XIX веке завершилось создание стройной науки, изучающей электрические и магнитные явления. Эта наука, которая является одним из важнейших разделов физики, получила название электродинамики.

Первооткрывателем электромагнетизма считается датский физик Ханс Кристиан Э́рстед, обнаруживший воздействие электрического тока на магнит.

До начала XIX века никто не предполагал, что электричество и магнетизм что-то связывает. И даже разделы физики, в которых они рассматривались, были разными. Доказательство существования такой связи было получено Эрстедом в 1820 г. во время проведения опыта на лекции в университете. На экспериментальном столе рядом с проводником тока находился магнитный компас. В момент замыкания электрической цепи магнитная стрелка компаса отклонилась от своего первоначального положения. Повторив опыт, Эрстед получил такой же результат.

Основными объектами изучения в электродинамике являются электрические и магнитные поля, создаваемые электрическими зарядами и токами.

Электромагнитное поле — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Тела или частицы, обладающие электрическим зарядом, создают в окружающем их пространстве электрическое поле, являющееся одним из двух компонентов электромагнитного поля.

Магнитное поле - это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

Раздел 2. Электричество в живой природе.

Электри́ческие о́рганы (лат. Organa electricus) — органы некоторых рыб, генерирующие электрические разряды. Электрические органы (рис 1.2) возникли независимо у рыб нескольких далёких друг от друга групп (как пресноводных, так и морских). Их имели многие ископаемые рыбы и бесчелюстные; среди современных рыб эти органы известны более чем у 300 видов. Электрические органы — это видоизменённые мышцы, парные органы. У разных видов рыб они сильно отличаются расположением, формой и внутренним строением. Они могут представлять собой почковидные образования (у электрических скатов и электрических угрей), тонкий слой под кожей (электрический сом), нитевидные образования (мормировые и гимнотовые (англ. Gymnotidae)), находиться в подглазничном пространстве (североамериканский звездочёт). Их масса может достигать 1/6 (у электрических скатов) и даже 1/4 (у электрических угрей и сомов) массы тела.

Рисунок 1.2. Электрические органы угря и ската.

Каждый электрический орган состоит из многочисленных собранных в столбики электрических пластинок (рис.2.2) — видоизменённых (уплощённых) мышечных, нервных или железистых клеток, между мембранами которых может генерироваться разность потенциалов. Количество пластинок и столбиков в электрических органах разных видов рыб различно: у электрического ската около 600 расположенных в виде пчелиных сот столбиков по 400 пластинок в каждом, у электрического угря — 70 горизонтально размещённых столбиков по 6000 в каждом, у электрического сома электрические пластинки (около 2 млн.) распределены беспорядочно. Пластинки в каждом столбике соединены последовательно, а электрические столбики — параллельно. Электрические органы иннервируются ветвями блуждающего, лицевого и языкоглоточного нервов, подходящими к электроотрицательной стороне электрических пластинок.

Рисунок 2.2. Электрические органы ската.

Среди электрических рыб первенство принадлежит электрическому угрю (рис.3.2), живущему в притоках Амазонки и других реках Южной Америки. Взрослые особи угря достигают двух с половиной метров. Электрические органы - преобразованные мышцы - располагаются у угря по бокам, простираясь вдоль позвоночника на 80 процентов всей длины рыбы. Это своеобразная батарея, плюс которой находится в передней части тела, а минус - в задней. Живая батарея вырабатывает напряжение около 350, а у самых крупных особей - до 650 вольт. При мгновенной силе тока до 1-2 ампер такой разряд способен свалить с ног человека. С помощью электрических разрядов угорь защищается от врагов и добывает себе пропитание.

Рисунок 3.2. Электрический угорь.

В реках Экваториальной Африки обитает другая рыба - электрический сом (рис.4.2). Размеры его поменьше - от 60 до 100 см. Специальные железы, вырабатывающие электричество, составляют около 25 процентов общего веса рыбы. Электрический ток достигает напряжения 360 вольт. Известны случаи электрического шока у людей, купавшихся в реке и нечаянно наступивших на такого сома. Если электрический сом попадается на удочку, то и рыболов может получить весьма ощутимый удар током, прошедшим по мокрым леске и удилищу к его руке.

Рисунок 4.2. Электрический сом

Однако умело направленные электрические разряды можно использовать в лечебных целях. Известно, что электрический сом занимал почетное место в арсенале народной медицины у древних египтян.

Вырабатывать весьма значительную электрическую энергию способны и электрические скаты (рис.5.2). Их насчитывается более 30 видов. Эти малоподвижные обитатели дна, размером от 15 до 180 см, распространены главным образом в прибрежной зоне тропических и субтропических вод всех океанов. Затаившись на дне, иногда наполовину погрузившись в песок или ил, они парализуют свою добычу (других рыб) разрядом тока, напряжение которого у разных видов скатов бывает от 8 до 220 вольт. Скат может нанести значительный удар током и человеку, случайно соприкоснувшемуся с ним.

Рисунок 5.2. Электрический скат

Как уже говорилось ранее, скат вырабатывает электричество при помощи специальных электрических органов, которые находятся внутри ската (рис.2.2). Они возникли как у пресноводных, так и у морских рыб. Ученые выяснили, что такого рода органы были у некоторых их предков. Современная ихтиология насчитывает больше трехсот видов рыб, которых природа одарила электрическими органами, представляющие собой видоизмененные мышцы. У тех или иных электрических рыб они отличаются своим местоположением. К примеру, у скатов – это почковидные образования.

Если выразиться более простыми словами, то электроорганы скатов являются своеобразными мини-генераторами, которые вырабатывают весьма приличный заряд тока. Кстати, такого заряда хватит на то, чтобы обездвижить человека, не говоря уже о рыбах. Некоторые специалисты утверждают, что электрический скат вырабатывает напряжение в триста вольт. Электроорганы находятся в брюшной части и спинной и сравниваются они с электрической или гальванической батарейкой. Каждый орган состоит из большого количества электрических пластин, которые собраны в столбики. Это видоизменные мышечные, нервные и железистые клетки. Электроорганы рыбы иннервируются специальными ветвями лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов.

В каких случаях скат вырабатывает электричество?

Электрический скат использует свои уникальнейшие электрогенные свойства в нескольких случаях, а именно, если рыба видит, что ей угрожает опасность и во время охоты. Сами скаты, и это весьма любопытно, не страдают от выпускаемого ими электрозаряда, так как их природа одарила специальной «изоляцией». Кстати, те, кто имел неосторожность почувствовать на себе силу воздействия электрического ската, остались крайне недовольными. Как они рассказывают сами, удар тока от рыбы сопровождается продолжительной сонливостью, появляется дрожь в ногах, теряется чувствительность и происходит онемение верхних конечностей.

Любопытно, но еще в древности успешно эксплуатировалось такое удивительное электрогенное свойство скатов. Этих чудо-рыб древне греческий народ использовало для обезболивания во время оперативного вмешательства или же во время родов.

Помимо электрических зарядов большой силы dct рыбы способны вырабатывать и низковольтный, слабый по силе ток. Благодаря ритмическим разрядам слабого тока с частотой от 1 до 2000 импульсов в секунду, они даже в мутной воде превосходно ориентируются и сигнализируют друг другу о возникающей опасности. Таковы мормирусы (рис 6.2) и гимнархи (рис. 7.2), обитающие в мутныхводах рек, озер и болот Африки.

Вообще же, как показали экспериментальные исследования, большинство рыбы, и морских, и пресноводных, способны излучать очень слабые электрические разряды, которые можно уловить лишь с помощью специальных приборов. Эти разряды играют важную роль в поведенческих реакциях рыб, особенно тех, которые постоянно держатся большими стаями.

Рис. 6.2. Мормирус. Рис. 7.2. Гимнарх.

 

Рис.6.2. Мормирус.

 

Практическая часть.

Описание процесса

Вместе с учителем биологии мы решили создать макета ската с его электрическими органами. Очень сложно понять, каким образом происходит процесс возникновения электрического разряда в телах живых организмов.

Теперь главной задачей нашей работы было подобрать необходимый материал для создания макета. Используя опыт предыдущих проектов, за основу мы взяли флористическую пену, из которой вырезали макет ската и его электрических органов. Покрыли его краской и лаком.

Материал должен был быть гибким, эластичным, определенного цвета.

Сначала, я выбрала картинку электрического ската по образу и подобию, которой, начала делать выкройку.

Потом вырезала из губки для флористов основу-тело ската.

Теперь необходимо было сделать плавники и покрасить макет специальной краской.

Оценка результата/продукта

Результатом проекта у нас является макет ската, на котором показаны электрические органы, классный час в 3 классе, участие в конференции.

Макет ската с электрическими органами, согласно анатомическим и морфологическим особенностям. На брюшной поверхности показана имитация электрических органов, в качестве наглядного пособия для младших классов. Макет ската имеет характерные для данного вида окраску: бледно-желтое брюхо и серое тело с характерными желтыми пятнами. Так же показан хвост, который является органом, получающим электрический импульс и передающим его в тело жертвы.

Для проведения классного часа был разработан сценарий: я познакомила ребят с особенностями строения электрического ската, понятием электричества, а так же вместе с учащимися 3 класса в игровой форме мы заселили обитателей морского дна, в том числе и электрического ската. Электрические скаты- это придонные животные, родственники акул, которые питаются рыбой и ракообразными.

Третьим и окончательным этапом нашего проекта стало участие в научно-практической конференции в школе “Логос”. Данное мероприятие является важным аспектом обмена опыта между учащимися разных школ. А так же возможностью узнать новую информацию по разным предметам.

Рефлексия

Сильной стороной проекта было то, что в Интернете очень много информации на данную тему, однако поначалу нам было трудно понять, какую информацию стоит включать в свою работу, а какая является лишней и ненужной. Нашей проблемой также было то, что у нас было очень ограниченно свободное время для работы над проектом. В ходе работы нам пришлось столкнуться с нехваткой необходимых материалов в магазинах. Для нас работа над проектом была интересна, так как наличие дополнительных знаний по данной теме, приобретенных нами по ходу работы над проектом, пригодится нам во время получения высшего образования и дальнейшей работы.

Список использованных источников информации:

Электронные источники:

1) Электрический ток https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BA

2)Электрический заряд https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%80%D1%8F%D0%B4

3)Магнитное поле

http://sfiz.ru/page.php?id=62

4)Электромагнетизм

http://ency.info/materiya-i-dvigenie/elektrichestvo-i-magnetizm/442-elektromagnetizm

5)Электрическое поле

http://ency.info/materiya-i-dvigenie/elektrichestvo-i-magnetizm/416-elektricheskoe-pole

6)Электрические рыбы

http://www.nkj.ru/archive/articles/10425/

http://faunazoo.ru/kak-skaty-vyrabatyvayut-elektrichestvo

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D1%8B

Приложение 1. Календарное планирование

Декабрь 2016

Январь 2017

Февраль 2017

Сбор информации по теме

Собирание необходимых для создания макета материалов

Разработка презентации

Разработка сценария уроков для 3-х классов

Работа над макетом

Работа над макетом

Подготовка к конференции

Приложение 2. Рецензия (биолог и физик)

Рецензия на проект по биологии

ученицы 7 класса «Гимназии «Жуковка» Галенко Александры

от руководителя проекта, учителя биологии, Зениной С.Ю.

Тема работы: «Электричество в живых организмах».

1. Данная работа характеризуется кратким исследованием теоретического материала о том, как продуцируют электричество живые организмы, как устроены электрические органы животных на примере электрического ската. Приводятся примеры животных, способных производить электричество и применять его в качестве охоты и защиты. Работа носит поисково-исследовательский характер.

2. Тема реферата была выбрана на открытии научно-практической конференции в школе «Логос». Каждый год там проходят конференции «Люди, изменившие мир». В этом году ими был выбран в качестве такого человека Н. Тесло. Поэтому и возникла данная тема проекта. Более того, Саша изначально хотела метапредметный проект по физике и биологии. Проект получился больше биологическим. Однако, неоднократно, Саша брала консультации у учителя физики Барановой Е.В.

3. Практическая значимость работы заключается в поиске информации, её анализе и компоновке. Материал работы понятен любому человеку, т.к. написана она доступным языком, не перенасыщена специальной терминологией и, в тоже время, весьма познавательна и полезна.

4.В работе использован материал из источников информации, обзор которых выполнен полно и качественно.

5. В работе, самое активное участие приняла Саша, но во многом ей помогала и мама.

6.В подаче материала (через презентацию) используются интерактивные компьютерные технологии и макет, созданный самой ученицей в соавторстве с учителем биологии.

7. Не смотря на то, что времени у нас было много, проект требовал кропотливой работы, так как макет ската приходилось по долгу сушить и покрывать новым слоем краски и лака.

Саша проявила себя, как самостоятельный и пунктуальный участник проекта. Она стабильно, посещала все консультации и выполняла домашнее задание по проекту. Она сама разработала конспект классного часа (урока) для 3 класса и успешно его провела.

Именно по этим причинам, работа заслуживает высокой оценки «отлично».

Просмотров работы: 2277

Электричество в природе | Hydro-Qubec

Молния

Молния и гром случаются одновременно, но молния движется со скоростью, близкой к скорости света, а гром движется со скоростью звука, примерно в 866 000 раз медленнее скорости света, что объясняет задержку между двумя явлениями.

Разряд молнии может достигать 30 миллионов вольт - эквивалент 2,5 миллиона автомобильных аккумуляторов!

Каждую секунду между моментом удара молнии о землю и моментом, когда мы слышим гром, соответствует 300 метрам.Итак, если считать 3 секунды, молния ударила в 900 метрах.

Молния - это статическое электричество, вызванное огромным скоплением капель дождя, трущихся друг о друга высоко в небе.

Электрическая рыба

На самом деле существуют виды рыб - некоторые виды скатов, угрей и сомов - у которых есть особые органы, излучающие электрические разряды.

Они используют эти разряды, чтобы парализовать добычу, защитить себя или найти объекты.

Электрические угри ( Electrophorus electricus ), обитающие в реках Южной Америки, производят достаточно электричества, чтобы привести в действие дюжину лампочек мощностью 40 Вт.

Солнечные бури

Активность Солнца усиливается каждые 11 лет, создавая штормы на поверхности нашей звезды, которые, в свою очередь, нарушают магнитное поле Земли. Эти магнитные бури могут вызвать серьезные проблемы для систем передачи электроэнергии.

Истерики Солнца

Солнечные циклы - относительно неизвестное и сложное явление.Однако ученые наблюдали, что количество солнечных пятен, появляющихся на поверхности Солнца, достигает максимума каждые 11 лет. Эти темные пятна наблюдаются в течение почти 400 лет с момента изобретения телескопа и являются источником солнечных вспышек, при которых внезапно высвобождается огромное количество энергии. Сильнейшие из них мощнее 40 миллиардов атомных бомб! Эта энергия нагревает окружающие газы, выбрасывая из Солнца огромные пузыри сверхгорячей материи. Эти массы протонов и электронов, известные как плазменные шлейфы, в конечном итоге могут ударить по Земле.

Следующая остановка, Земля!

Поток газа и частиц, испускаемых Солнцем, движется с невероятной скоростью от 300 до 1200 км / с! Даже при этом солнечному ветру потребуется несколько дней, чтобы преодолеть 150 миллионов километров, разделяющих Солнце и Землю. Мы уже знаем, что фотоны достигают Земли за восемь минут. Заряженные частицы движутся медленнее и достигают нас от двух до пяти дней. К счастью, большинство из них отвлекает магнитное поле. Те, что проникают в атмосферу, генерируют мощные электрические токи, которые движутся и различаются по интенсивности.Эти электрические токи могут перемещаться на высоте около ста километров (ионосфера) в течение нескольких минут, нескольких часов и даже нескольких дней. Результатом является прекрасное явление, известное нам как Северное сияние или Северное сияние в северном полушарии и Южное сияние или Австралийское сияние в Южном полушарии.

Полярные сияния - это звездные вспышки ярких цветов и завораживающей красоты: одно из самых зрелищных представлений матери-природы.

К сожалению, эти яркие и красочные шоу - не единственное влияние солнечного ветра. Электрические токи в ионосфере вызывают быстрое изменение интенсивности магнитного поля Земли и вызывают так называемые магнитные бури. Они также вызывают токи в земной коре, и эти токи пытаются протекать через все, что является хорошим проводником, например, железнодорожные пути, трубопроводы, подводные кабели и линии электропередач.

Линии системы передачи энергии соединены с землей через трансформаторы, которые обеспечивают путь наименьшего сопротивления, поэтому ток, создаваемый магнитными бурями, проходит через них.Но поскольку трансформаторы не предназначены для того, чтобы выдерживать этот тип тока, возникают искажения формы электрического сигнала. Система защиты воспринимает эту аномальную волну как перегрузку или скачок напряжения и "отключает" или отключает часть передающего оборудования. Результатом является прерывание передачи и, возможно, отключение электроэнергии.

Побочные эффекты

Магнитные бури влияют не только на линии электропередач. Они могут нарушать работу спутников, радиосвязи, сотовых телефонов, телевещания на УКВ и коротковолновой связи.Они также могут вызывать коррозию трубопроводов природного газа и нефтепродуктов. Были замечены даже огни железнодорожных переездов!

.

Операция Джимми - Электричество в природе

    Молния

    Молния - одно из самых фантастических проявлений электричества в природе. Освещение возникает, когда в облаках накапливается большое количество электростатической энергии из-за энергии шторма. Когда электрически заряженные области облаков разряжают свою энергию, в небе можно увидеть большую электрическую вспышку. Освещение может происходить от облака к облаку или от облака к земле.

    Молнии несут огромное количество энергии.Типичный удар молнии несет электрический ток силой более 30 000 ампер и дает 500 мегаджоулей энергии.

    Молния также создает громкий шум, называемый громом. Это потому, что воздух внутри освещения становится настолько горячим, что на короткое время превращается в плазму. Когда молекулы воздуха превращаются из газа в плазму, их расширение вызывает ударную волну, которую мы слышим как гром.

    Животные

    Некоторые животные используют электричество, чтобы выжить в природе.Многие из этих животных обитают в океане, где некоторые используют электричество для обнаружения объектов вокруг себя (вроде как зрение), а другие используют электричество, чтобы отбиваться от хищников или даже охотиться за едой. Вероятно, самое распространенное животное с электрическими способностями - скат.

    Существует четырнадцать известных видов скатов, обитающих в ареалах от тихоокеанского побережья Калифорнии до Британской Колумбии и вплоть до различных районов Атлантики. Другие рыбы, принадлежащие отряду, включают гробовых скатов, спящих скатов и оцепеневших рыб, все с электрическими способностями.Всего в ордене более шестидесяти существ.

    Электрическое животное висит в воде или закопано в песке, ожидая, пока в пределах досягаемости появится добытая рыба. Когда мимо проходит ничего не подозревающая рыба, скат быстрым движением бросается вперед и заворачивает добычу в складки грудных плавников. Он будет пинать хвостом и несколько раз перекатывать, чтобы усилить хватку, при этом поражая жертву электрическим током.

    Максимальное напряжение при начальной атаке - 45 вольт.Луч издает более 400 быстрых импульсов постоянного тока (длительностью около 5 мс каждый) во время сильной атаки, некоторые из которых доставляют до 300 импульсов за одну секунду. Температура воды влияет на скорость импульсов, чем теплее вода, тем быстрее атака. Мощность некоторых лучей измеряется в полном киловатте. Считается, что помимо охоты скаты используют особый орган, называемый ампулами Лоренцини, чтобы улавливать электрические сигналы от возможной добычи рыбы в условиях низкой видимости.

    Другой известный пример - электрический угорь.

    "Пресноводный вид, который производит самый мощный электрический разряд из всех, - это амазонский электрический угорь (Electrophorus electricus), обитающий в Южной Америке. Его рост составляет до 10 футов (3 м), он имеет три электрических органа. Два из них используются. для навигации и обнаружения добычи. Третье, и самое большое, представляет собой грозное оружие. Разделенное на две длинные боковые половины, оно разряжается из своего хвоста, выпуская до 550 вольт в свою пресноводную среду обитания. Шок оглушает свою добычу, которая состоит из рыб и лягушек, но он также достаточно силен, чтобы убивать людей и даже лошадей, если они присутствуют в воде во время выхода угря."(Шукер 2001: 53)

    Человеческое тело

    Мы не только можем видеть электричество в действии в природе, мы постоянно используем электричество в наших телах. Каждый раз, когда мы двигаем мышцу, это результат электрического сигнала, посылаемого от нашего мозга к нашим мышцам, говорящего им двигаться. На самом деле в нашем теле есть сложная система нервов, которые используют электрические сигналы для управления всем, что мы делаем. Нервный сигнал прыгает между нервными клетками в синапсах.Это верно и для других животных и птиц.

    В нашем сердце находится особый центр, который управляет частотой и ритмом ее сердца, а также потоком крови по всему телу. Это наш собственный естественный кардиостимулятор, генерирующий электрические сигналы, которые могут ускориться, например, если нам нужно бежать или сражаться. А поскольку электрические сигналы бывают быстрыми, они позволяют нам быстро добраться до ситуации для нашего собственного выживания. Все сообщения, проходящие через тело в мозг, являются электрическими импульсами, на которые наше тело полагается, чтобы оставаться в живых.

    Статическое электричество

    Молния - не единственная форма электростатической энергии, которую мы видим в природе. Вокруг нас накапливаются заряды статического электричества. Вы, наверное, заметили статическое электричество, когда спускались с горки в парке и у вас волосы встали дыбом. Трение скольжения о ваше тело вызвало накопление заряда, из-за которого ваши волосы встали дыбом. Иногда вы даже можете накапливать на своем теле заряд, который шокирует кого-то еще, когда вы к нему прикоснетесь.Это статическое электричество.

    Земля

    Глубоко внутри Земли огромные электрические токи генерируются вращением железного ядра Земли. Эти электрические токи, в свою очередь, вызывают магнитное поле, которое распространяется далеко за пределы поверхности Земли в космическое пространство.

    Магнитное поле Земли важно, потому что оно защищает Землю от солнечного ветра Солнца. Без защиты магнитного поля на Земле, вероятно, не было бы жизни.Магнитное поле также позволяет использовать компасы для определения направления.

    Космическая погода возникает из-за того, что электрическое поле Солнца попадает в атмосферу Земли, и это то, что объясняет северное сияние и сияние.

.

Настоящий научный герой, стоящий за электромагнетизмом

Без работы Майкла Фарадея у нас не было бы Тесласа или почти любой современной механической вещи в этом отношении. Работы и изобретения Фарадея в области электричества навсегда изменили мир.

Фарадей - изобретатель электролиза, воздушных шаров, электродвигателей, генераторов, динамо-машин и многого другого. Если бы вы не знали о работе Фарадея, вы могли бы хотя бы узнать его по клетке, в которой находится его тезка, клетке Фарадея.

Он был очень влиятельным британским ученым, который частично превратил электричество в нечто, что можно было использовать для работы. В свое время он был известным химиком и физиком, который создал значительный объем работ и экспериментов, которые в конечном итоге привели к нашему современному пониманию электромагнетизма.

Чтобы оценить масштабы интеллекта и достижений Майкла Фарадея, давайте оглянемся на его жизнь и работу.

Кстати, знаете ли вы, что Альберт Эйнштейн на самом деле хранил фотографии трех ученых в своем офисе? Исаак Ньютон, Джеймс Клерк Максвелл и, да вы уже догадались, Майкл Фарадей.

Где все началось для Фарадея

Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в относительно бедной семье в деревушке Ньюингтон, графство Суррей. Позднее Ньюингтон был поглощен югом Лондона. Его отец был кузнецом, который переехал с севера Англии в поисках работы ранее в 1791 году.

Его мать была скромной крестьянкой, которая эмоционально поддерживала свою семью на протяжении всего их очень трудного воспитания. Майкл был одним из четырех детей, которым иногда было трудно насытиться.Их отец часто болел и был нетрудоспособен. Постоянный запас еды был для семьи Фарадеев непростой задачей.

Майкл Фарадей позже расскажет, как ему дали одну буханку хлеба, которой хватило бы на целую неделю. И вы думаете, что у вас все плохо ?! Его семья принадлежала к небольшой христианской секте. Эта секта оказывала ему существенную духовную и эмоциональную поддержку на протяжении всей его жизни.

В детстве Фарадей цеплялся за любопытство, чтобы выжить, никогда не отпускал свою детскую потребность понять, почему, и желание понять больше о том, как все работает. История, напоминающая многих инженеров.

Интересно, что его раннее образование действительно было очень элементарным. Он получил только основы, например, научился читать, писать и шифровать в местной воскресной школе. Его первым занятием был разносчик газет для местного книжного торговца и переплетчика. В возрасте 14 лет он даже начал с ним стажировку, которой он будет заниматься в течение следующих 7 лет.

Источник: Лондонский королевский институт

Однако Фарадей отличался от своих собратьев-учеников.Фарадей находил время, чтобы прочитать некоторые книги, которые он переплетал. Майкл рассказывал, что одна конкретная статья об электричестве в третьем издании Британской энциклопедии особенно захватила его воображение. На него также сильно повлияла книга Джейн Марсет « Беседы по химии» .

Мистер Фарадей даже начал бы экспериментировать в этом нежном возрасте. Он фактически построил слабую гальваническую батарею, через которую он будет проводить домашние эксперименты по электрохимии.

И так получилось, что, используя свое относительно скромное образование, Фарадей выучил себя и стал одним из величайших ученых мира.

Когда он был намного старше, он регулярно слушал лекции сэра Хэмфри Дэви, химика, который выделил ряд элементов, таких как калий и натрий.

Фарадей сидел, поглощенный всем происходящим, и делал подробные записи.

Фактически, они были настолько полными, что он даже послал Дэви 300-страничный документ, который служил официальными примечаниями к лекциям.Он также взял на себя смелость приложить к этому письмо с просьбой о приеме на работу.

«Не спрашивайте, не понимайте» мы уважаем этого мистера Фарадея.

Дэви был явно впечатлен, но быстро и любезно отверг молодого Фарадея, поскольку в настоящее время у него не было открытых вакансий. Однако он не забыл молодого человека. Как только одного из его помощников уволили за драку, он быстро предложил позицию Майклу.

Он, конечно, ухватился за возможность и оказался в завидном положении, помогая и изучая химию у одного из величайших практиков того времени.О Дэви часто в шутку говорят, что, оглядываясь назад, Фарадей был его величайшим открытием.

Ранние работы Фарадея в области химии

Фарадей впервые присоединился к Дэви в лаборатории в 1812 году в возрасте 21 года. Это было отличной возможностью для Фарадея в начале его карьеры, поскольку Дэви был одним из лучших химиков своего времени.

Первым проектом, над которым дуэт работал вместе, была интерпретация молекулярной структуры различных химических веществ. Эта ранняя работа многому научила Фарадея об элементарных принципах работы электричества.

В то время, когда Майкл Фарадей присоединился к команде Дэви, он находился в процессе опровержения нынешнего мышления в химии того времени. Антуан-Лоран Лавуазье, основатель современной химии, завершил реформы химических знаний и настоял на некоторых основных принципах для будущих химиков.

Среди них, хотя их было много, было то, что кислород был уникальным элементом. Он также утверждал, что это единственный способствующий горению и, что здесь важно, основа всех кислот.

Дэви удалось выделить натрий и калий, фактически обнаружив их, используя мощный ток от гальванической батареи. Батарея использовалась для разложения оксидов этих элементов, а также для разложения соляной кислоты, которая является одной из самых сильных известных кислот.

Этот процесс привел к выделению водорода и странного зеленого газа. Этот зеленый газ, казалось, поддерживает горение и выделяет кислоту в сочетании с водой.

Фарадей работал с Дэви до 1820 года, который к тому времени сам Фарадей стал одним из самых выдающихся химиков того времени.

Фактически, он выучил все, что стоило узнать о химии в то время. Его труды под руководством Дэви дали ему огромный опыт в проведении химических анализов и лабораторных методов. Теперь он был главным экспериментатором.

Майкл также развил свои теоретические взгляды до такой степени, что теперь они будут руководить им в его собственной работе. Он объединит все, что узнал за время своего пребывания с Дэви, и шокирует научный мир своими открытиями.

Майкл Фарадей отправился в путь самостоятельно и вскоре снискал себе раннюю известность среди сверстников. Он заработал безупречную репутацию химика-аналитика, и его часто вызывали в качестве свидетеля-эксперта на судебных процессах. Он также приобрел клиентуру, финансовая поддержка которой помогла Королевскому институту.

В 1820 году он сделал несколько замечательных открытий, по крайней мере, для химиков. Ему удалось создать первые известные соединения хлора и углерода C 2 CL 6 и C 2 CL 4 .Он получил их, заменив хлор и водород в «олефиантном газе», также известном как этилен. Это были первые индуцированные реакции замещения, которые позже бросили вызов доминирующей теории химического сочетания, предложенной Джонсом Джейкобом Берцелиусом.

Магнитная лаборатория Фарадея, Источник: Королевский институт Лондона

Он женился на женщине по имени Сара Барнард в 1821 году и поселился в Королевском институте в Лондоне. Его основная задача заключалась в проведении экспериментов и исследований в области магнетизма и электричества.

Подход Фарадея к электричеству в то время был уникальным для его коллег. Он визуализировал электричество как вибрацию, а не как поток, - концепция, которая поможет ему сделать открытия в области электромагнетизма.

Его первым открытием в Королевском институте было открытие устройств, которые могут производить электромагнитное вращение или круговое движение за счет магнитных сил, окружающих провод.

В 1825 году Майкл работал над освещением газов и преуспел в выделении и описании того, что позже будет известно как бензол.Примерно в это же время он также помог заложить основы металлургии и металлографии, проводя исследования стальных сплавов.

Он также работал по заданию Лондонского королевского общества по улучшению качества очков и телескопов. Ему удалось получить очень высокий показатель преломления, который позже, в 1845 году, помог ему открыть диамагнетизм.

Дальнейшие работы Фарадея в области электромагнетизма и электролиза.

Фарадей открыл электромагнитную индукцию, процесс создания электродвижущих сил в проводниках из-за магнитных полей.Если это звонит в колокол, так работают генераторы и электродвигатели.

Ганс Кристиан Эрстед в 1820 году обнаружил, что при пропускании электрического тока через провод создается магнитное поле. Его выводы были поддержаны Андре-Мари Ампером, который показал, что магнитная сила, по-видимому, также является круговой силой. По сути, Ампер показал, что магнитное поле, по-видимому, образует цилиндр вокруг проволоки. Это было впервые в истории.

Фарадей почти интуитивно понимал, что это означает.Он отметил, что если полюс можно изолировать, он должен постоянно вращаться вокруг токоведущего провода. Помня эту гипотезу в сочетании со своим гением экспериментирования, он решил доказать это на своем собственном аппарате.

Его устройство преобразовало электрическую энергию в механическую. Майкл Фарадей только что создал первый в мире электродвигатель.

Фарадей работал над дальнейшим развитием своих идей и знаний в области электромагнетизма, создав в 1831 году нечто, названное индукционным кольцом.Это устройство было по сути трансформатором, который вырабатывал электричество в одном проводе за счет магнитных сил другого провода.

В то время это было новаторским.

Майкл реализует свои идеи

Фарадей, конечно, не остановился на достигнутом. Он начал смотреть на более широкую картину и размышлять о природе электричества в целом. В отличие от большинства своих современников, работавших в этой области в то время, Фарадей был убежден, что электричество не является материальной жидкостью, текущей по проводам, как вода в трубе.

Вместо этого он настаивал на том, что это должна быть вибрация или сила, которая каким-то образом перемещается по проводам в результате натяжения, создаваемого в проводнике. Одним из его первых экспериментов после двигателя было пропустить луч поляризованного света через разлагающийся электрохимический раствор.

Идея заключалась в том, чтобы обнаружить межмолекулярные деформации, которые, как он постулировал, должны происходить в присутствии электрического тока. Он продолжал возвращаться к этой идее в течение 1820-х годов, но, к сожалению, безуспешно.

В начале 1830-х годов Майкл Фарадей попытался определить, как возникает индуцированный ток. Основываясь на своем первоначальном эксперименте с использованием электромагнита, он теперь попробовал использовать постоянный магнит.

Его эксперименты показали, что перемещение магнита внутрь и наружу катушки с проволокой на самом деле вызывает ток. Фарадей также уже знал, что магнитное поле становится видимым с помощью железных опилок, насыпанных на бумагу или карту, удерживаемую над магнитом.

Он связал «силовые линии», отображаемые опилками, должны быть теми линиями напряжения в среде, воздухе, как он ранее постулировал.

Вскоре он обнаружит закон, определяющий производство электрических токов магнитами. А именно, величина тока зависела от количества силовых линий, прорезанных проводником в единицу времени.

Фарадей быстро развил это, осознав, что он может производить непрерывный ток, вращая медный диск между полюсами магнита. Ток можно «отвести», сняв провода с обода и центра диска. Фактически это была самая первая динамо-машина.

Это был прямой предок современных электродвигателей, хотя и по тому же принципу, но в обратном направлении для вращения диска.

Законы электролиза

Продолжая исследования в области электричества, он во многом опирался на свое образование всемирно известного химика. Он проделал большую работу в области электрохимии, где разработал первый и второй законы электролиза.

Эти законы гласят, что «количество химических изменений, производимых током на границе электрод-электролит, пропорционально количеству используемого электричества, а количество химических изменений, производимых одним и тем же количеством электричества в различных веществах, пропорционально к их эквивалентному весу."

СВЯЗАННЫЕ С: КАК РАБОТАЕТ КЛЕТКА FARADAY?

Более простое объяснение: потоки электричества могут быть использованы для запуска химических реакций. На практике в форме электролиза это означает, что электричество можно использовать для производства водорода из молекул воды, нанесение металлических соединений на поверхности (гальваника) и извлечение чистых металлических элементов из растворов

Как и во многих научных темах, гораздо легче понять электролиз с помощью визуальных эффектов.Посмотрите короткое видео ниже, чтобы понять, как работает электролиз, и важность этого открытия Фарадея.

Работа Фарадея в области электролиза заложила основу для этой важной отрасли промышленности.

Сжижение газа и охлаждение

В 1823 году Майкл Фарадей опирался на идеи Джона Далтона и доказал свои идеи, впервые применив давление для сжижения газообразного хлора и газообразного аммиака.

Его успешное сжижение аммиака вызвало особый интерес.Когда он снова позволил аммиаку испариться, он заметил, что это вызывает охлаждение. Хотя этот принцип был публично продемонстрирован Уильямом Калленом в 1756 году, работа Фарадея показала, что механические насосы можно использовать для превращения газа в жидкость при комнатной температуре.

Прелесть этого открытия заключалась в том, что газ можно было сжать и сжижать, а затем оставлять испаряться и охлаждаться непрерывно в закрытой системе. Вся последовательность может повторяться до бесконечности, пока система герметична. Это основа всех современных холодильников и воздушных тепловых насосов.

Горелка Бунзена (что-то вроде)

Майкл Фарадей был великим изобретателем-практиком, который привел его к созданию предшественника одного из самых знаковых образцов лабораторного оборудования - горелки Бунзена. Он объединил воздух и газ перед тем, как зажечь его, очевидно, чтобы обеспечить легкодоступную форму высокой температуры.

Его ранняя работа была позже разработана Робертом Вильгельмом Бунзеном для создания оборудования, которое с любовью вспоминают многие студенты, изучающие естественные науки во всем мире.

Клетка Фарадея

В 1836 году Майкл Фарадей обнаружил, что когда электрический проводник заряжается, весь дополнительный заряд находится на его внешней стороне.В дальнейшем это будет означать, что дополнительная плата не «появляется» внутри комнаты или металлической клетки.

Тот же принцип можно использовать и в реальной одежде, в так называемых костюмах Фарадея. Эта верхняя одежда имеет металлическую подкладку, которая защищает пользователя от любых внешних источников электрического тока.

Клетки Фарадея также используются для защиты чувствительного электрического оборудования и во время электрохимических экспериментов для предотвращения внешних помех. Они также используются для создания мертвых зон для мобильной связи сегодня.

Источник : Антуан Тавено / Wikimedia Commons

Бензол

В 1825 году Майкл Фарадей обнаружил эту «чудо» молекулу в маслянистом остатке, оставшемся от производства газа для освещения в Лондоне.

Бензол - одно из важнейших веществ в химии. Он использовался для изготовления многих новых материалов и помог в понимании склеивания. Бензол фактически входит в 20 ведущих химических веществ по объему производства в США.

Это жизненно важный компонент многих пластмасс, смол, нейлона, каучуков, смазок, красителей, лекарств и многих других.

Диамагнетизм

Все мы интуитивно знакомы с ферромагнетизмом или обычным магнитом, но в 1845 году Фарадей открыл, что все вещества диамагнитны. Конечно, сила явлений в природе сильно различается.

Диамагнетизм - это направление, противоположное приложенному магнитному полю. Если рассматриваемое вещество проявляет сильный диамагнетизм, оно будет сильно отталкиваться северным полюсом магнита.

Удивительно, но это можно использовать для создания левитации в большинстве материалов с помощью достаточно сильного магнита.Даже живые существа, такие как лягушка, могут «бросить вызов» гравитации с помощью сильного магнитного поля.

Смерть и наследство

Майкл Фарадей умер в глубокой старости 75 лет 25 августа 1867 года. Его пережила жена. У пары не было детей. Фарадей всю свою жизнь был набожным христианином. Он также с детства был тесно связан с этой небольшой сектой, сандеманианцами.

За его вклад в науку, при жизни, ему предложили место для захоронения в Вестминстерском аббатстве вместе с британскими королями и королевами, даже сэром Исааком Ньютоном.Он отклонил это предложение в пользу более скромного захоронения. Вы можете найти его могилу на лондонском кладбище Хайгейт. Его жена Сара также похоронена с ним.

Статуя была установлена ​​в его честь на площади Савой в Лондоне. Он стоит за пределами Института инженерии и технологий. Есть множество других статуй, школ, парков и других памятников, посвященных человеку, который так много сделал для человечества. В Великобритании и США есть также много улиц, названных в его честь.

Он, конечно же, получил высшую награду, появившись на реверсе банкноты Банка Англии серии E 20 фунтов стерлингов.Майкл также получил специальную премию Лондонского королевского общества, названную в его честь за «выдающиеся достижения в области передачи науки британской публике».

1991-2001 Банк Англии 20 фунтов стерлингов, банкнота серии E, источник WorldBankNotesCoins

Заключительное слово

Майкл Фарадей в свое время также написал серию писем и журналов, все из которых широко доступны и настоятельно рекомендуются к прочтению любому Фарадею. поклонник.

Несмотря на то, что Майкл Фарадей происходил из бедной семьи, он неустанно трудился, чтобы сначала получить образование.Затем он посвятил свою жизнь поискам знаний. Благодаря его упорству он станет одним из самых важных ученых мира. Его достижения еще более примечательны, учитывая его скромное начало в мире, где господствует привилегированный класс. Среди его многих великих открытий и изобретений он также был увековечен как единица СИ для емкости, fared, или F.

.

Виды энергии - урок. Английский язык, 10–11 класс.

Когда вы говорите о различных типах энергии, которые влияют на окружающую среду, вам понадобится соответствующий словарь.

Alternative_Energies.jpg

Ископаемое топливо - топливо, такое как уголь или нефть, добываемое из-под земли;

Выработка электроэнергии - производство энергии, обычно электроэнергии, которая используется для обеспечения света, тепла и т. Д .;

Ветроэнергетика - электроэнергия, произведенная с помощью ветряных турбин;

Ветряная электростанция - группа ветряных турбин (= высокие конструкции с лопастями, обдуваемыми ветром), которые используются для производства электроэнергии;

Атомная электростанция - место, где производство энергии высвобождается при разделении ядра (= центральной части) атома;

Альтернативная форма энергии - одна из двух или более вещей, которые вы можете выбрать между видами энергии;

Ветряная турбина - машина с длинными частями наверху, которые вращаются ветром, используемая для производства электроэнергии;

Незанятые участки - места никого нет;

Контроль направления ветра - контроль направления ветра;

Солнечная энергия - энергия, использующая энергию солнца;

Гидроэнергетика - гидроэнергетика (= производство электроэнергии за счет быстро движущейся воды).

Примеры:

Китай мог бы удовлетворить значительную часть своих потребностей в электроэнергии за счет энергии ветра .

В Европе люди выбирают солнечную энергию .

Компания планирует разместить ветряных турбин .

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о