Elektrostatický tlak: čo to je a aké sú jeho vlastnosti

Svet elektriny je vzrušujúci. Od fungovania batérie po emisiu neurónov v ľudskom tele - táto sada Fyzikálne javy súvisiace s prítomnosťou a tokom nábojov nám umožňujú ako živé bytosti myslieť, hýbať sa a existujú.

Na sociálnej úrovni nám elektrina tiež poskytla neoceniteľné množstvo zdrojov: doprava, osvetlenie, klimatizácia a výpočtová technika, čo sa hovorí čoskoro.

Je veľmi zvedavé to vedieť všetky živé bunky v našom tele majú svoj vlastný elektrický náboj. Pretože koncentrácia solí sa líši v intracelulárnom a extracelulárnom prostredí (vápnik, chlór, sodík, draslík atď.) elektrický náboj a potenciálny rozdiel sú stanovené medzi oboma médiami, čo je termín známy ako „ membrána “.

Rozdiely v potenciáli membrán v bunkách tela nám umožňujú myslieť (elektrická synapsia na neurónovej úrovni) na uzavrieť dobrovoľný sval v dôsledku prenosu akčných potenciálov a hyperpolarizácie alebo depolarizácie v každom procese konkrétne. Ako vidíte, elektrina ide oveľa ďalej ako batéria: zostaňte s nami a zistiť všetko o elektrostatickom tlaku.

• Súvisiaci článok: „Transkraniálna elektrická stimulácia: definícia a aplikácie“

Aké sú základy elektrostatiky?

Elektrostatika je definovaná ako vedný odbor, ktorý skúma vzájomné účinky, ktoré sa vyskytujú medzi telesami v dôsledku ich elektrických nábojov.. Všetky objekty na Zemi sú tvorené atómami, najmenšími základnými jednotkami hmoty s vlastnosťami chemického prvku. V pokoji sú kladné náboje atómového jadra (99,94% celkovej hmotnosti) v rovnováhe so zápornými nábojmi okolitých elektrónov, takže objekt sa považuje za pokojný.

Keď atóm stratí alebo získa elektróny, získa kladný alebo záporný elektrický náboj. Podľa bežnej konvencie, keď atóm stratí jeden alebo viac elektrónov, považuje sa to za „kladne nabitý“ (pretože sú nabité protóny pozitívne a sú početnejšie ako negatívne elektróny), zatiaľ čo ak atóm integruje elektróny, má negatívny náboj. Od tejto chvíle sa obidve nazývajú ióny, či už sú pozitívne alebo negatívne.

Keď atóm alebo molekula získa náboj, automaticky ho ovplyvnia elektromagnetické polia a generuje ich sám.. Na základe tohto predpokladu môžeme opísať veľa biologických javov, napríklad chemické väzby. Napríklad iónová väzba, ktorá pozostáva z prenosu elektrónov z atómu kovu (menej elektronegatívneho) na nekovové (viac elektronegatívneho).

Čo je to elektrostatický tlak?

Pri vstupe na múku sa obávame, že vám nemôžeme poskytnúť veľmi presnú definíciu tohto výrazu, pretože sa zdá, že je vo vedeckej komunite mierne mimo. Rôzne portály používajú slovo „elektrostatický tlak“ na označenie elektrickej sily príťažlivosti alebo odpudzovania medzi časticami s odlišným alebo identickým elektrickým nábojom.

Ak tento výraz prijmeme, uvidíme to najsprávnejším odkazom na tento elektrostatický jav je „elektrická sila“. Elektrická sila alebo elektrostatický tlak bude potom sila, ktorá sa objaví medzi dvoma alebo viacerými nábojmi, ktorého modul závisí od hodnoty nábojov a vzdialenosti, ktorá ich oddeľuje (a znamienko závisí od každého z nich naložiť). Tento terminologický konglomerát možno zhrnúť do nasledujúcich bodov:

• Nabité atómy alebo molekuly trpia pri približovaní silou príťažlivosti alebo odporu. Dva ióny s rovnakým nábojom sa navzájom odpudzujú, ale ak je jeden kladný (+) a druhý záporný (-), priblížia sa.
• Hodnota elektrostatickej sily alebo tlaku je úmerná súčinu hodnoty jej nábojov.
• Na druhej strane je hodnota tejto sily nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti, ktorá oddeľuje nabité atómy, a pôsobí v smere priamky, ktorá ich spája.

Dnes Tieto postulácie usadené v oblasti fyziky sú zahrnuté pod záštitou Coulombovho zákona, ktorý vyhlásil francúzsky fyzik Charles-Augustin de Coulomb v roku 1785. Tieto žiadosti je možné zhromaždiť podľa nasledujúceho vzorca:

V tomto vzorci sa F vzťahuje na celkovú elektrickú silu alebo elektrostatický tlak, k je Coulombova konštanta, q1 a q2 sú hodnoty nábojov uvedených atómov (v coulomboch) ar vzdialenosť medzi oboma nábojmi v metroch pri námestie. Je potrebné poznamenať, že jednotka „coulomb“ alebo „coulomb“ je definovaná ako množstvo náboja prenášaného za jednu sekundu prúdom jedného ampéra s intenzitou elektrického prúdu.

Požadovaný výsledok (F) predstavuje atraktívnu alebo odpudivú silu v Newtonoch medzi elektricky nabitými atómami alebo molekulami.. Elektrická sila alebo elektrostatický tlak je vektorová veličina, takže okrem výpočtu modulu treba odhadnúť aj jeho smer a smer. Ak máme v hre iba dva atómy, smer elektrickej sily bude v súlade s priamkou, ktorá spája obidva náboje. Na druhej strane, v závislosti od znamienka atómu môže byť význam príťažlivý (+/-) alebo odpudzujúci (+ / +, - / -).

Na základe všetkých týchto predpokladov možno vyvodiť sériu jasných a fascinujúcich záverov: náboje s rovnakým znamením zažívajú elektrickú silu, ktorá ich má tendenciu oddeľovať, náboje s rovnakým znamením zažívajú silu, ktorá ich má tendenciu spájať a čím bližšie sú nabité atómy, tým väčší je modul elektrickej sily príťažlivosti alebo odpudzovania.

• Mohlo by vás zaujímať: „Akčný potenciál: čo to je a aké sú jeho fázy?“

Obmedzenia Coulombovho zákona

Napriek tomu, že išlo o revolúciu svojej doby a pokračuje v platnosti dodnes, treba si uvedomiť, že Coulombov zákon tiež uvádza určité obmedzenia. Nájdeme medzi nimi aj tieto:

• Zaťaženia musia predstavovať symetrické sférické rozdelenie.
• Bremená sa nesmú prekrývať.
• Poplatky musia byť navzájom nepohyblivé.
• Na veľmi malé vzdialenosti (rádovo podľa veľkosti atómov) elektrostatické sily prevažujú iné, napríklad silné alebo slabé jadrové sily.

Biologická využiteľnosť elektrostatického tlaku

Skutočnosť, že existujú pozitívne a negatívne atómy, nie je užitočná iba na úrovni poznania. Napríklad ióny sú nevyhnutné pri fungovaní biologických systémov, svalových aj neurologických, a pri všetkých organických úlohách. Pozrime sa na konkrétny prípad, v ktorom sa elektrický potenciál transformuje na hmatateľné činy.

Ak je sval v pokoji, príťažlivé sily medzi jeho zložkou aktínom a myozínom sú inhibované. Ak rozvinieme túžbu vykonať konkrétny pohyb (napríklad zamračiť sa), vyžarujeme akčný potenciál (vlna o elektrický výboj), ktorý cestuje cez neuronálne synapsie k membráne motorického neurónu (motorický neurón) súvisiaceho s tým svalom, ktorý chceme zmluva.

Tieto elektrické potenciály spôsobujú, že motorický neurón uvoľňuje chemickú správu do svalového tkaniva, transformáciou tohto rádu na uvoľňovanie acetylcholínu, ktorý sa viaže na receptory membrány membrány sval. Táto zmena membránového potenciálu na povrchu svalu umožňuje otvorenie iónovo závislých kanálov v bunkách., ktorý sa po sérii krokov premieňa na masívny prílev vápnikových iónov (Ca 2+), ktorý mení konformáciu svalového aktínu a myozínu a umožňuje kontrakciu.

Pokračovať

Ako vidíte, elektrostatický tlak alebo elektrické sily sú všade. Elektrická energia nielen moduluje správanie žiarovky alebo batérie, ale v širšom zmysle slova nám umožňuje prenášať nervové signály do všetkých častí nášho tela a reagujeme na podnety životného prostredia najefektívnejším možným spôsobom.

Nakoniec je všetko hra poplatkov: atómy alebo molekuly s rovnakým nábojom sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo tie s nábojmi rôzne sú priťahované, ideálne silou v lineárnom smere, ktorá bude väčšia, čím budú bližšie orgánov. Pomocou týchto premís môžeme opísať väzby ako iónové a kovalentné alebo samotný potenciál bunkových membrán, teda samotný život a atómovú organizáciu živých bytostí. Bezpochyby sme bez elektriny ničím.