לחץ אלקטרוסטטי: מה זה ומה המאפיינים שלו

עולם החשמל מרגש. מהפעלת סוללה לפליטת נוירונים בגוף האדם, מערכת זו של תופעות גופניות הקשורות לנוכחות וזרימת מטענים מאפשרות לנו, כיצורים חיים, לחשוב, לנוע ו קיימים.

ברמה החברתית החשמל סיפק לנו גם משאבים שאינם ניתנים להערכה: תחבורה, תאורה, מיזוג אוויר ומחשוב, שנאמר בקרוב.

זה מאוד סקרן לדעת את זה לכל התאים החיים בגופנו יש מטען חשמלי משלהם. מכיוון שריכוז המלחים שונה בסביבה התוך-תאית ובסביבה החוץ-תאית (סידן, כלור, נתרן, אשלגן וכו '). מטען חשמלי והפרש פוטנציאלי נקבעים בין שני המדיה, מונח המכונה " קְרוּם".

השונות בפוטנציאלים של הממברנות בתאי הגוף מאפשרת לנו לחשוב (סינפסה חשמלית ברמה העצבית) לכווץ שריר מרצון, עקב העברת פוטנציאל פעולה והיפרפולריזציה או דפולריזציה בכל תהליך ספֵּצִיפִי. כפי שאתה יכול לראות, חשמל חורג בהרבה מסוללה: הישאר איתנו ו לגלות הכל על לחץ אלקטרוסטטי.

• מאמר קשור: "גירוי חשמלי על-גולגולתי: הגדרה ויישומים"

מהם היסודות של אלקטרוסטטיקה?

אלקטרוסטטיקה מוגדרת כענף המדע החוקר את ההשפעות ההדדיות המתרחשות בין גופים כתוצאה מהמטענים החשמליים שלהם.. כל האובייקטים על פני כדור הארץ מורכבים מאטומים, יחידות חומר מינימליות בעלות תכונות של יסוד כימי. במצב מנוחה, המטענים החיוביים של גרעין האטום (99.94% מהמשקל הכולל) מתאזנים עם המטענים השליליים של האלקטרונים הסובבים, ולכן האובייקט נחשב למנוחה.

כאשר אטום מאבד או צובר אלקטרונים, הוא רוכש מטען חשמלי חיובי או שלילי. על פי מוסכמה מקובלת, כאשר אטום מאבד אלקטרונים אחד או יותר הוא נחשב "טעון חיובי" (שכן פרוטונים טעונים חיוביים והם במספר רב יותר מהאלקטרונים השליליים), ואילו אם האטום משלב אלקטרונים, יש לו במקרה מטען שלילי. מכאן, שניהם נקראים יונים, בין אם הם חיוביים ובין אם הם שליליים.

כאשר אטום או מולקולה רוכשים מטען, הם מושפעים אוטומטית משדות אלקטרומגנטיים ומייצרים אותם מעצמם.. על סמך הנחת יסוד זו אנו יכולים לתאר תופעות ביולוגיות רבות, כגון קשרים כימיים. לדוגמא, הקשר היוני, המורכב מהעברת אלקטרונים מאטום מתכתי (פחות אלקטרוני שלילי) לאל מתכתי (יותר אלקטרוני שלילי).

מהו לחץ אלקטרוסטטי?

כשנכנסים לקמח, אנו חוששים שלא נוכל לתת לך הגדרה מדויקת מאוד למונח זה, מכיוון שנראה שהוא מעט מחוץ לשימוש בקהילה המדעית. פורטלים שונים משתמשים במילה "לחץ אלקטרוסטטי" כדי לייעד את כוח המשיכה החשמלי או הדחייה בין חלקיקים בעלי מטען חשמלי שונה או זהה, בהתאמה.

אם נאמץ מונח זה, נראה זאת הנכון ביותר להתייחס לתופעה אלקטרוסטטית זו הוא "כוח חשמלי". הכוח החשמלי או הלחץ האלקטרוסטטי יהיו אז הכוח שמופיע בין שניים או יותר, המודול שלו תלוי בערך המטענים ובמרחק המפריד ביניהם (והסימן תלוי בכל אחד מהם לִטעוֹן). ניתן לסכם את קונגלומרט טרמינולוגי זה בנקודות הבאות:

• אטומים או מולקולות טעונות סובלים מכוח משיכה או דחייה כשמתקרבים. שני יונים עם אותו מטען דוחים זה את זה, אך אם האחד חיובי (+) והשני שלילי (-) הם מתקרבים.
• ערך הכוח האלקטרוסטטי או הלחץ הוא פרופורציונלי לתוצר של ערך המטענים.
• מאידך, ערך כוח זה הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק המפריד בין האטומים הטעונים ופועל לכיוון הקו המצטרף אליהם.

היום, תנוחות אלה המיושבות בתחום הפיזיקה נכללות תחת מטריית חוק קולומב, הועמד על ידי הפיזיקאי הצרפתי שארל אוגוסטין דה קולומב בשנת 1785. ניתן לאסוף יישומים אלה בנוסחה הבאה:

בנוסחה זו, F מתייחס לכוח החשמלי הכולל או ללחץ אלקטרוסטטי, k הוא קבוע הקולומב, q1 ו- q2 הם ערכי המטענים של האטומים שהוזכרו (בקולומבים) ו- r המרחק בין שני המטענים במטרים ב כיכר. כהערה, יש לציין כי היחידה "קולומב" או "קולומב" מוגדרת ככמות המטען הנישאת בשנייה אחת על ידי זרם של אמפר אחד בעוצמת זרם חשמלי.

התוצאה הרצויה (F) מייצגת את הכוח האטרקטיבי או הדוחה בניוטונים בין אטומים או מולקולות טעונות חשמל.. הכוח החשמלי או הלחץ האלקטרוסטטי הם כמות וקטורית, ולכן בנוסף לחישוב המודול יש לאמוד גם את כיוונו וכיוונו. אם יש לנו רק שני אטומים במשחק, כיוון הכוח החשמלי יהיה בקו אחד עם הקו שמצטרף לשני המטענים. מצד שני, תלוי בסימן האטום, התחושה יכולה להיות של משיכה (+/-) או של דחייה (+ / +, - / -).

בהתבסס על כל הנחות היסוד הללו ניתן להסיק סדרה של מסקנות ברורות ככל שהן מרתקות: מטענים עם אותו סימן חווים כוח חשמלי שנוטה להפריד ביניהם, מטענים עם סימן אחר חווים כוח שנוטה לאחד אותם וככל שהאטומים הטעונים קרובים יותר, כך גדל המודולוס של כוח המשיכה או הדחייה החשמלי.

• אתה עשוי להתעניין ב: "פוטנציאל פעולה: מהו ומה השלבים שלו?"

מגבלות החוק של קולומב

למרות היותה מהפכה בימיה והמשיכה בתוקף כיום, יש לציין כי החוק של קולומב מדווח גם על מגבלות מסוימות. ביניהם, אנו מוצאים את הדברים הבאים:

• העומסים חייבים להציג התפלגות כדורית סימטרית.
• אסור לחפוף עומסים.
• האישומים חייבים להיות נייחים ביחס זה לזה.
• למרחקים קטנים מאוד (בסדר גודל של אטומים), הכוחות האלקטרוסטטיים עולים על אחרים, כמו כוחות גרעיניים חזקים או חלשים.

התועלת הביולוגית של לחץ אלקטרוסטטי

העובדה שיש אטומים חיוביים ושליליים אינה מועילה רק ברמת הידע. לדוגמא, יונים חיוניים בתפקודן של מערכות ביולוגיות, הן שריריות והן נוירולוגיות, ובכל המטלות האורגניות. בואו נסתכל על מקרה קונקרטי שבו הפוטנציאל החשמלי הופך למעשים מוחשיים.

כאשר שריר נמצא במנוחה, מעכבים את כוחות המשיכה בין אקטין המרכיב למיוזין. אם אנו מפתחים את הרצון לבצע תנועה ספציפית (כמו להזעיף פנים), אנו פולטים פוטנציאל פעולה (גל של פריקה חשמלית) שעוברת דרך סינפסות עצביות לקרום הנוירון המוטורי (נוירון מוטורי) הקשור לאותו שריר שאנחנו רוצים חוֹזֶה.

פוטנציאלים חשמליים אלה גורמים לנוירון המוטורי לשחרר מסר כימי לרקמת השריר, הופך סדר זה לשחרור אצטילכולין הנקשר לקולטני הקרום של שְׁרִיר. שינוי זה בפוטנציאל הממברנה על פני השריר מאפשר פתיחה של תעלות תלויות יונים בתוך התאים., שמתורגמת לזרם מאסיבי של יוני סידן (Ca 2+) לאחר סדרת צעדים, ומשנה את קונפורמציית האקטין השריר והמיוזין ומאפשר התכווצות.

קורות חיים

כפי שאתה יכול לראות, לחצים אלקטרוסטטיים או כוחות חשמליים נמצאים בכל מקום. חשמל לא רק מווסת את ההתנהגות של נורה או של סוללה, אלא, במובן הרחב של המילה, מאפשר לנו להעביר אותות עצביים לכל חלקי גופנו ולהגיב לגירויים סביבתיים בצורה היעילה ביותר האפשרית.

בסופו של דבר, הכל הוא משחק מטענים: אטומים או מולקולות עם מטען זהה דוחים זה את זה, ואילו אלה עם מטענים שונים נמשכים, באופן אידיאלי עם כוח בכיוון ליניארי שיהיה גדול יותר ככל שהשניים קרובים יותר גופים. עם הנחות יסוד אלה, אנו יכולים לתאר קשרים כגון יוניים וקוולנטיים או את הפוטנציאל של קרומי התאים עצמם, ולכן את החיים עצמם ואת הארגון האטומי של יצורים חיים. ללא ספק, בלי חשמל אנחנו כלום.