Ciśnienie elektrostatyczne: co to jest i jakie są jego właściwości

Świat elektryczności jest ekscytujący. Od działania baterii po emisję neuronów w ludzkim ciele, ten zestaw Zjawiska fizyczne związane z obecnością i przepływem ładunków pozwalają nam, jako żywym istotom, myśleć, poruszać się i istnieć.

Na poziomie społecznym elektryczność zapewniła nam również nieocenioną ilość zasobów: transport, oświetlenie, klimatyzację i komputery, o czym już niedługo się mówi.

To bardzo ciekawe wszystkie żywe komórki w naszym ciele mają swój własny ładunek elektryczny. Ponieważ stężenie soli jest różne w środowisku wewnątrzkomórkowym i pozakomórkowym (wapń, chlor, sód, potas itp.) ładunek elektryczny i różnica potencjałów są ustalane między obydwoma mediami, termin znany jako „ membrana".

Zmienność potencjałów błon w komórkach ciała pozwala nam myśleć (synapsy elektryczne na poziomie neuronalnym) skurcz dobrowolny mięsień, ze względu na przenoszenie potencjałów czynnościowych i hiperpolaryzację lub depolaryzację w każdym procesie konkretny. Jak widać, prąd to coś więcej niż bateria: zostań z nami i dowiedz się wszystkiego o ciśnieniu elektrostatycznym.

• Powiązany artykuł: „Elektryczna stymulacja przezczaszkowa: definicja i zastosowania”

Jakie są podstawy elektrostatyki?

Elektrostatykę definiuje się jako tę dziedzinę nauki, która bada wzajemne efekty zachodzące między ciałami w wyniku ich ładunków elektrycznych.. Wszystkie obiekty na Ziemi składają się z atomów, najmniejszych jednostek składowych materii o właściwościach pierwiastka chemicznego. W spoczynku dodatnie ładunki jądra atomowego (99,94% całkowitej masy) równoważą się z ujemnymi ładunkami otaczających go elektronów, dlatego uważa się, że obiekt znajduje się w spoczynku.

Kiedy atom traci lub zyskuje elektrony, uzyskuje dodatni lub ujemny ładunek elektryczny. Zgodnie z powszechną konwencją, gdy atom traci jeden lub więcej elektronów, uważa się go za „naładowany dodatnio” (ponieważ protony są naładowane dodatnich i jest ich więcej niż ujemnych elektronów), natomiast jeśli atom integruje elektrony, to zdarza się, że ma ładunek ujemny. Stąd oba są nazywane jonami, niezależnie od tego, czy są dodatnie, czy ujemne.

Kiedy atom lub cząsteczka uzyskuje ładunek, automatycznie ulega wpływowi pól elektromagnetycznych i sam je generuje.. W oparciu o tę przesłankę możemy opisać wiele zjawisk biologicznych, takich jak wiązania chemiczne. Na przykład wiązanie jonowe, które polega na przenoszeniu elektronów z atomu metalicznego (mniej elektroujemnego) do niemetalicznego (bardziej elektroujemnego).

Co to jest ciśnienie elektrostatyczne?

Wchodząc do mąki obawiamy się, że nie możemy podać bardzo dokładnej definicji tego terminu, ponieważ wydaje się, że jest nieco nieużywany w środowisku naukowym. Różne portale używają słowa „ciśnienie elektrostatyczne” do określenia siły przyciągania lub odpychania między cząstkami o odpowiednio różnym lub identycznym ładunku elektrycznym.

Jeśli przyjmiemy ten termin, zobaczymy, że najbardziej poprawnym określeniem tego zjawiska elektrostatycznego jest „siła elektryczna”. Siła elektryczna lub ciśnienie elektrostatyczne będzie wtedy siłą, która pojawia się między dwoma lub więcej ładunkami, którego moduł zależy od wartości ładunków i odległości, jaka je dzieli (a znak zależy od każdego z nich) Załaduj). Ten konglomerat terminologiczny można podsumować w następujących punktach:

• Naładowane atomy lub cząsteczki podlegają sile przyciągania lub odpychania podczas zbliżania się. Dwa jony o tym samym ładunku odpychają się nawzajem, ale jeśli jeden jest dodatni (+), a drugi ujemny (-) zbliżają się.
• Wartość siły lub ciśnienia elektrostatycznego jest proporcjonalna do iloczynu wartości jego ładunków.
• Z drugiej strony wartość tej siły jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości dzielącej naładowane atomy i działającej w kierunku łączącej je linii.

Dzisiaj, Te postulaty ustalone w dziedzinie fizyki są objęte parasolem prawa Coulomba, ogłoszony przez francuskiego fizyka Charlesa-Augustina de Coulomba w 1785 roku. Wnioski te można zebrać według następującej formuły:

W tym wzorze F odnosi się do całkowitej siły elektrycznej lub ciśnienia elektrostatycznego, k jest stałą Coulomba, q1 i q2 to wartości ładunków wymienionych atomów (w kulombach), a r odległość między obydwoma ładunkami w metrach przy kwadrat. Należy zauważyć, że jednostka „kulomb” lub „kulomb” jest zdefiniowana jako ilość ładunku przenoszonego w ciągu jednej sekundy przez prąd o natężeniu jednego ampera prądu elektrycznego.

Pożądany wynik (F) reprezentuje siłę przyciągania lub odpychania w niutonach między obydwoma elektrycznie naładowanymi atomami lub cząsteczkami.. Siła elektryczna lub ciśnienie elektrostatyczne jest wielkością wektorową, więc oprócz obliczenia modułu należy również oszacować jego kierunek i kierunek. Jeśli w grę wchodzą tylko dwa atomy, kierunek działania siły elektrycznej będzie zgodny z linią łączącą oba ładunki. Z drugiej strony, w zależności od znaku atomu, znaczenie może być przyciąganie (+/-) lub odpychanie (+ / +, - / -).

Na podstawie tych wszystkich przesłanek można wyciągnąć szereg wniosków, które są równie jasne, co fascynujące: ładunki o tym samym znaku doświadczają siły elektrycznej, która ma tendencję do ich rozdzielania, ładunki o innym znaku doświadczają siły, która ma tendencję do ich łączenia a im bliżej naładowanych atomów, tym większy jest moduł elektrycznej siły przyciągania lub odpychania.

• Możesz być zainteresowany: „Potencjał działania: co to jest i jakie są jego fazy?”

Ograniczenia prawa Coulomba

Mimo że była to rewolucja w swoich czasach i trwa do dziś, należy zauważyć, że Prawo Coulomba również zgłasza pewne ograniczenia. Wśród nich znajdziemy:

• Obciążenia muszą mieć symetryczny rozkład sferyczny.
• Obciążenia nie mogą zachodzić na siebie.
• Ładunki muszą być nieruchome względem siebie.
• W przypadku bardzo małych odległości (rzędu wielkości atomów) siły elektrostatyczne przeważają nad innymi, takimi jak silne lub słabe siły jądrowe.

Biologiczna użyteczność ciśnienia elektrostatycznego

To, że istnieją atomy dodatnie i ujemne, jest przydatne nie tylko na poziomie wiedzy. Na przykład jony są niezbędne w funkcjonowaniu układów biologicznych, zarówno mięśniowych, jak i neurologicznych, oraz wszystkich zadań organicznych. Spójrzmy na konkretny przypadek, w którym potencjał elektryczny przekształca się w namacalne akty.

Kiedy mięsień jest w spoczynku, siły przyciągania między jego składową aktyną i miozyną są hamowane. Jeśli rozwiniemy w sobie chęć wykonania określonego ruchu (np. zmarszczenia brwi), emitujemy potencjał czynnościowy (falę wyładowanie elektryczne), które przemieszcza się przez synapsy neuronalne do błony neuronu ruchowego (neuronu ruchowego) związanego z tym mięśniem, którego chcemy kontrakt.

Te potencjały elektryczne powodują, że neuron ruchowy przekazuje wiadomość chemiczną do tkanki mięśniowej, przekształcając ten porządek w uwalnianie acetylocholiny, która wiąże się z receptorami błony mięsień. Ta zmiana potencjału błonowego na powierzchni mięśnia umożliwia otwarcie zależnych od jonów kanałów w komórkach., co przekłada się na masowy napływ jonów wapnia (Ca 2+) po serii kroków, zmieniając konformację aktyny mięśniowej i miozyny oraz umożliwiając skurcz.

Wznawianie

Jak widać, ciśnienie elektrostatyczne lub siły elektryczne są wszędzie. Elektryczność nie tylko moduluje zachowanie żarówki czy baterii, ale w najszerszym tego słowa znaczeniu pozwala nam przekazywać sygnały nerwowe na wszystkie części naszego ciała i reagować na bodźce środowiskowe w najbardziej efektywny sposób.

W końcu wszystko jest grą ładunków: atomy lub cząsteczki o tym samym ładunku odpychają się, a te z ładunkami przyciągane są różne, najlepiej z siłą w kierunku liniowym, która będzie tym większa, im bliżej się znajdują ciała. Za pomocą tych przesłanek możemy opisać wiązania takie jak jonowe i kowalencyjne lub potencjał samych błon komórkowych, a więc samo życie i organizację atomową istot żywych. Bez wątpienia bez elektryczności jesteśmy niczym.