Elektrostatický tlak: co to je a jaké jsou jeho vlastnosti

Svět elektřiny je vzrušující. Od provozu baterie až po emise neuronů v lidském těle, tato sada Fyzikální jevy související s přítomností a tokem nábojů nám jako živým bytostem umožňují myslet, hýbat se a existovat.

Na sociální úrovni nám elektřina poskytla také neocenitelné množství zdrojů: doprava, osvětlení, klimatizace a výpočetní technika, což se brzy řekne.

Je velmi zvědavé to vědět všechny živé buňky v našem těle mají svůj vlastní elektrický náboj. Protože koncentrace solí se liší v intracelulárním a extracelulárním prostředí (vápník, chlor, sodík, draslík atd.) elektrický náboj a rozdíl potenciálů jsou stanoveny mezi oběma médii, termín známý jako „ membrána".

Rozdíly v potenciálu membrán v tělesných buňkách nám umožňují myslet (elektrická synapse na neuronové úrovni) na uzavřít dobrovolný sval v důsledku přenosu akčních potenciálů a hyperpolarizace nebo depolarizace v každém procesu charakteristický. Jak vidíte, elektřina jde mnohem dál než baterie: zůstaňte s námi a zjistit vše o elektrostatickém tlaku.

• Související článek: „Transkraniální elektrická stimulace: definice a aplikace“

Jaké jsou základy elektrostatiky?

Elektrostatika je definována jako vědní obor, který studuje vzájemné účinky, ke kterým dochází mezi tělesy v důsledku jejich elektrických nábojů.. Všechny objekty na Zemi jsou tvořeny atomy, nejmenšími jednotkami hmoty s vlastnostmi chemického prvku. V klidu se kladné náboje atomového jádra (99,94% celkové hmotnosti) vyrovnávají se zápornými náboji okolních elektronů, takže objekt je považován za klidový.

Když atom ztratí nebo získá elektrony, získá kladný nebo záporný elektrický náboj. Podle běžné konvence, když atom ztratí jeden nebo více elektronů, považuje se to za „kladně nabitý“ (protože protony jsou nabité) pozitivní a je jich více než záporných elektronů), zatímco pokud atom integruje elektrony, má to záporný náboj. Odtud se oba nazývají ionty, ať už jsou pozitivní nebo negativní.

Když atom nebo molekula získá náboj, automaticky jej ovlivní elektromagnetická pole a generuje je sám.. Na základě této premisy můžeme popsat mnoho biologických jevů, jako jsou chemické vazby. Například iontová vazba, která se skládá z přenosu elektronů z kovového atomu (méně elektronegativní) na nekovové (více elektronegativní).

Co je to elektrostatický tlak?

Při vstupu na mouku se obáváme, že vám nemůžeme poskytnout velmi přesnou definici tohoto pojmu, protože se zdá, že je ve vědecké komunitě mírně mimo. Různé portály používají slovo „elektrostatický tlak“ k označení elektrické síly přitahování nebo odpuzování mezi částicemi s odlišným nebo identickým elektrickým nábojem.

Pokud tento termín přijmeme, uvidíme to nejsprávnějším odkazem na tento elektrostatický jev je „elektrická síla“. Elektrická síla nebo elektrostatický tlak pak bude síla, která se objeví mezi dvěma nebo více náboji, jehož modul závisí na hodnotě nábojů a vzdálenosti, která je odděluje (a znaménko závisí na každém z nich zatížení). Tento terminologický konglomerát lze shrnout do následujících bodů:

• Nabité atomy nebo molekuly při přiblížení trpí silou přitahování nebo odpuzování. Dva ionty se stejným nábojem se navzájem odpuzují, ale pokud je jeden kladný (+) a druhý záporný (-), přiblíží se.
• Hodnota elektrostatické síly nebo tlaku je úměrná součinu hodnoty jejích nábojů.
• Na druhou stranu je hodnota této síly nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti, která odděluje nabité atomy, a působí ve směru přímky, která je spojuje.

Dnes, Tyto postulace usazené v oblasti fyziky jsou zahrnuty pod záštitou Coulombova zákona, vyhlášený francouzským fyzikem Charlesem-Augustinem de Coulombem v roce 1785. Tyto aplikace lze shromáždit v následujícím vzorci:

V tomto vzorci označuje F celkovou elektrickou sílu nebo elektrostatický tlak, k je Coulombova konstanta, q1 a q2 jsou hodnoty nábojů zmíněných atomů (v coulombech) ar vzdálenost mezi oběma náboji v metrech při náměstí. Jako poznámku je třeba poznamenat, že jednotka „coulomb“ nebo „coulomb“ je definována jako množství náboje přenášené za jednu sekundu proudem jednoho ampéru intenzity elektrického proudu.

Požadovaný výsledek (F) představuje atraktivní nebo odpudivou sílu v Newtonech mezi elektricky nabitými atomy nebo molekulami.. Elektrická síla nebo elektrostatický tlak je vektorová veličina, takže kromě výpočtu modulu je třeba odhadnout také jeho směr a směr. Pokud máme ve hře pouze dva atomy, bude směr elektrické síly v souladu s přímkou, která spojuje oba náboje. Na druhou stranu, v závislosti na znaménku atomu, smyslem může být přitažlivost (+/-) nebo odpor (+ / +, - / -).

Na základě všech těchto předpokladů lze vyvodit řadu jasných i fascinujících závěrů: náboje se stejným znaménkem zažívají elektrickou sílu, která je má tendenci oddělit, náboje se stejným znaménkem zažívají sílu, která je má tendenci spojovat a čím blíže jsou nabité atomy, tím větší je modul elektrické síly přitahování nebo odpuzování.

• Mohlo by vás zajímat: „Akční potenciál: co to je a jaké jsou jeho fáze?“

Omezení Coulombova zákona

Přestože se jednalo o revoluci své doby a pokračuje v platnosti dodnes, je třeba si to uvědomit Coulombův zákon také uvádí určitá omezení. Mezi nimi najdeme následující:

• Zatížení musí představovat symetrické sférické rozdělení.
• Zatížení se nesmí překrývat.
• Poplatky musí být vzájemně nepohyblivé.
• Na velmi malé vzdálenosti (řádově podle velikosti atomů) převáží elektrostatické síly ostatní, například silné nebo slabé jaderné síly.

Biologická využitelnost elektrostatického tlaku

Skutečnost, že existují kladné a záporné atomy, není užitečná pouze na úrovni znalostí. Například ionty jsou nezbytné pro fungování biologických systémů, svalových i neurologických, a pro všechny organické úkoly. Podívejme se na konkrétní případ, kdy se elektrický potenciál transformuje do hmatatelných činů.

Když je sval v klidu, přitažlivé síly mezi jeho složkou aktinem a myosinem jsou potlačeny. Pokud rozvineme touhu provést určitý pohyb (například zamračit se), vydáme akční potenciál (vlnu elektrický výboj), který prochází neuronovými synapsemi na membránu motorického neuronu (motorického neuronu) souvisejícího s tímto svalem, který chceme smlouva.

Tyto elektrické potenciály způsobují, že motorický neuron uvolňuje chemickou zprávu do svalové tkáně, transformací tohoto řádu na uvolňování acetylcholinu, který se váže na receptory membrány membrány sval. Tato změna membránového potenciálu na povrchu svalu umožňuje otevření kanálů závislých na iontech v buňkách., což se po sérii kroků proměňuje v masivní příliv iontů vápníku (Ca 2+), které mění konformaci svalového aktinu a myosinu a umožňují kontrakci.

Životopis

Jak vidíte, elektrostatické tlaky nebo elektrické síly jsou všude. Elektřina nejen moduluje chování žárovky nebo baterie, ale v nejširším slova smyslu nám umožňuje přenášet nervové signály do všech částí našeho těla a reagovat na podněty prostředí co nejúčinnějším způsobem.

Nakonec je vše hrou nábojů: atomy nebo molekuly se stejným nábojem se navzájem odpuzují, zatímco ty s náboji různé jsou přitahovány, v ideálním případě silou v lineárním směru, která bude větší, čím blíže jsou oba těla. S těmito premisami můžeme popsat vazby, jako jsou iontové a kovalentní nebo samotný potenciál buněčných membrán, tedy samotný život a atomová organizace živých bytostí. Bezpochyby jsme bez elektřiny nic.