Elektrostatički tlak: što je to i koje su njegove karakteristike

Svijet električne energije je uzbudljiv. Od rada baterije do emisije neurona u ljudskom tijelu, ovaj skup Fizički fenomeni povezani s prisutnošću i protokom naboja omogućuju nam da kao živa bića razmišljamo, krećemo se i postoje.

Na društvenoj razini, električna energija nam je također pružila neprocjenjivu količinu resursa: prijevoz, rasvjetu, klimatizaciju i računarstvo, što se uskoro kaže.

Vrlo je znatiželjno to znati sve žive stanice u našem tijelu imaju svoj vlastiti električni naboj. Kako se koncentracija soli razlikuje u unutarćelijskoj i izvanstaničnoj okolini (kalcij, klor, natrij, kalij itd.) uspostavljaju se električni naboj i razlika potencijala između dva medija, izraz poznat kao " membrana".

Varijacija potencijala membrana u tjelesnim stanicama omogućuje nam razmišljanje (električna sinapsa na neuronskoj razini) ugovoriti dobrovoljni mišić zbog prijenosa akcijskih potencijala i hiperpolarizacije ili depolarizacije u svakom procesu specifično. Kao što vidite, struja ide daleko dalje od baterije: ostanite s nama i saznajte sve o elektrostatičkom tlaku.

• Povezani članak: "Transkranijalna električna stimulacija: definicija i primjena"

Koje su osnove elektrostatike?

Elektrostatika se definira kao ona grana znanosti koja proučava međusobne učinke koji se javljaju između tijela kao rezultat njihovih električnih naboja.. Svi objekti na Zemlji sastoje se od atoma, najmanjih sastavnih jedinica materije sa svojstvima kemijskog elementa. U stanju mirovanja pozitivni naboji atomske jezgre (99,94% ukupne težine) uravnotežuju se s negativnim nabojima okolnih elektrona, pa se smatra da objekt miruje.

Kad atom izgubi ili dobije elektrone, on dobiva pozitivan ili negativan električni naboj. Uobičajeno, kada atom izgubi jedan ili više elektrona, smatra se "pozitivno nabijenim" (budući da su protoni nabijeni pozitivni i oni su brojniji od negativnih elektrona), dok ako atom integrira elektrone, događa se da ima negativan naboj. Odavde se oba nazivaju ionima, bilo da su pozitivni ili negativni.

Kad atom ili molekula stječu naboj, automatski postaju pod utjecajem elektromagnetskih polja i generiraju ih sami.. Na temelju ove premise možemo opisati mnoge biološke pojave, poput kemijskih veza. Na primjer, ionska veza, koja se sastoji od prijenosa elektrona od metalnog atoma (manje elektronegativnog) do nemetalnog (elektronegativnijeg).

Što je elektrostatički tlak?

Ulazeći u brašno, bojimo se da vam ne možemo dati vrlo preciznu definiciju ovog izraza, jer se čini da je pomalo izvan upotrebe u znanstvenoj zajednici. Razni portali koriste riječ "elektrostatički tlak" da označe električnu silu privlačenja ili odbijanja između čestica s različitim ili identičnim električnim nabojem.

Prihvatimo li ovaj izraz, vidjet ćemo to najispravnije se pozivati ​​na ovaj elektrostatski fenomen je "električna sila". Tada će električna sila ili elektrostatički tlak biti sila koja se pojavljuje između dva ili više naboja, čiji modul ovisi o vrijednosti naboja i udaljenosti koja ih razdvaja (a znak ovisi o svakom opterećenje). Ovaj terminološki konglomerat može se sažeti u sljedeće točke:

• Nabijeni atomi ili molekule trpe silu privlačenja ili odbijanja kad se približavaju. Dva iona s istim nabojem međusobno se odbijaju, ali ako je jedan pozitivan (+), a drugi negativan (-), zbližavaju se.
• Vrijednost elektrostatske sile ili tlaka proporcionalna je umnošku vrijednosti njegovih naboja.
• S druge strane, vrijednost ove sile obrnuto je proporcionalna kvadratu udaljenosti koja razdvaja nabijene atome i djeluje u smjeru crte koja ih spaja.

Danas, Te su postavke iz područja fizike uključene u okvir Coulomb-ovog zakona, koji je objavio francuski fizičar Charles-Augustin de Coulomb 1785. godine. Te se prijave mogu prikupiti u sljedeću formulu:

U ovoj se formuli F odnosi na ukupnu električnu silu ili elektrostatički tlak, k je Coulomova konstanta, q1 i q2 su vrijednosti naboja spomenutih atoma (u kulonima) i r udaljenost između oba naboja u metrima na kvadrat. Kao napomenu, valja napomenuti da je jedinica "coulomb" ili "coulomb" definirana kao količina naboja koju u jednoj sekundi nosi struja od jednog ampera intenziteta električne struje.

Željeni rezultat (F) predstavlja privlačnu ili odbojnu silu u Newtonima između oba električno nabijena atoma ili molekule.. Električna sila ili elektrostatički tlak je vektorska veličina, pa se uz izračunavanje modula mora procijeniti i njegov smjer i smjer. Ako imamo samo dva atoma u igri, smjer električne sile bit će u skladu s linijom koja spaja oba naboja. S druge strane, ovisno o predznaku atoma, osjetilo može biti privlačenje (+/-) ili odbijanje (+ / +, - / -).

Na temelju svih ovih premisa može se izvesti niz jasnih i fascinantnih zaključaka: naboji s istim znakom doživljavaju električnu silu koja ih nastoji razdvojiti, naboji s drugim znakom doživljavaju silu koja ih nastoji spojiti i, što su bliže nabijeni atomi, to je veći modul električne sile privlačenja ili odbijanja.

• Možda će vas zanimati: "Akcijski potencijal: što je to i koje su njegove faze?"

Ograničenja Coulombovog zakona

Iako je bila revolucija u svoje vrijeme i koja je i danas na snazi, treba to napomenuti Coulombov zakon također izvještava o određenim ograničenjima. Među njima nalazimo sljedeće:

• Opterećenja moraju predstavljati simetričnu sfernu raspodjelu.
• Opterećenja se ne smiju preklapati.
• Naboji moraju biti stacionarni jedan prema drugome.
• Na vrlo malim udaljenostima (redoslijedom veličine atoma) elektrostatičke sile nadmašuju drugi, poput jakih ili slabih nuklearnih sila.

Biološka korisnost elektrostatskog tlaka

Činjenica da postoje pozitivni i negativni atomi nije korisna samo na razini znanja. Na primjer, ioni su ključni u funkcioniranju bioloških sustava, mišićnih i neuroloških, i svih organskih zadataka. Pogledajmo konkretan slučaj u kojem se električni potencijal pretvara u opipljive radnje.

Kada mišić miruje, privlačne sile između njegove komponente aktina i miozina su inhibirane. Ako razvijemo želju za izvođenjem određenog pokreta (poput mrštenja), emitiramo akcijski potencijal (val električno pražnjenje) koji putuje kroz neuronske sinapse do membrane motornog neurona (motorni neuron) povezane s onim mišićem koji želimo ugovor.

Ti električni potencijali uzrokuju da motorički neuron ispušta kemijsku poruku u mišićno tkivo, transformirajući ovaj redoslijed u oslobađanju acetilkolina koji se veže na receptore membrane mišića. Ova promjena membranskog potencijala na mišićnoj površini omogućuje otvaranje ionski ovisnih kanala unutar stanica., što se nakon niza koraka pretvara u masivni priljev kalcijevih iona (Ca 2+), mijenjajući konformaciju mišića aktina i miozina i omogućavajući kontrakciju.

Nastavi

Kao što vidite, elektrostatički pritisci ili električne sile su posvuda. Električna energija ne samo da modulira ponašanje žarulje ili baterije, već nam, u najširem smislu riječi, omogućuje prijenos živčanih signala na sve dijelove našeg tijela i na najučinkovitiji mogući način odgovoriti na podražaje iz okoline.

Na kraju je sve igra naboja: atomi ili molekule s istim nabojem odbijaju se, dok se oni s nabojima privlače se različiti, idealno s silom u linearnom smjeru koja će biti veća što su to dvoje bliže tijela. Pomoću tih premisa možemo opisati veze poput ionske i kovalentne ili potencijala samih staničnih membrana, dakle, samog života i atomske organizacije živih bića. Bez sumnje, bez struje smo ništa.