Elektrostatični tlak: kaj je to in kakšne so njegove značilnosti

Svet električne energije je vznemirljiv. Od delovanja baterije do emisije nevronov v človeškem telesu ta sklop Fizični pojavi, povezani s prisotnostjo in pretokom nabojev, nam omogočajo, da kot živa bitja razmišljamo, se premikamo in obstajajo.

Na družbeni ravni nam je elektrika zagotovila tudi neprecenljivo veliko virov: prevoz, razsvetljava, klimatizacija in računalništvo, kar naj bi kmalu povedali.

To je zelo radovedno vedeti vse žive celice v našem telesu imajo svoj električni naboj. Ker se koncentracija soli v znotrajceličnem in zunajceličnem okolju razlikuje (kalcij, klor, natrij, kalij itd.) električni naboj in potencialna razlika se določita med obema medijema, izraz znan kot " membrana ".

Razlike v potencialih membran v telesnih celicah nam omogočajo razmišljati (električna sinapsa na nevronski ravni) do skrči prostovoljno mišico zaradi prenosa akcijskih potencialov in hiperpolarizacije ali depolarizacije v vsakem procesu posebne. Kot lahko vidite, elektrika daleč presega baterijo: ostanite z nami in izvedeti vse o elektrostatičnem tlaku.

• Povezani članek: "Transkranialna električna stimulacija: opredelitev in aplikacije"

Katere so osnove elektrostatike?

Elektrostatika je opredeljena kot tista veja znanosti, ki preučuje medsebojne učinke, ki se pojavijo med telesi zaradi njihovih električnih nabojev.. Vsi predmeti na Zemlji so sestavljeni iz atomov, najmanjših sestavnih enot snovi z lastnostmi kemičnega elementa. V mirovanju se pozitivni naboji atomskega jedra (99,94% celotne teže) uravnavajo z negativnimi naboji okoliških elektronov, zato velja, da objekt miruje.

Ko atom izgubi ali pridobi elektrone, dobi pozitiven ali negativen električni naboj. Običajno velja, da kadar atom izgubi enega ali več elektronov, se šteje, da je "pozitivno nabit" (ker so protoni nabiti pozitivni in jih je več kot negativnih elektronov), če pa atom integrira elektrone, ima slučajno negativni naboj. Od tu naprej se obe imenujejo ioni, pa naj bodo pozitivni ali negativni.

Ko atom ali molekula pridobi naboj, nanj samodejno vplivajo elektromagnetna polja in jih ustvarijo sama.. Na podlagi te predpostavke lahko opišemo številne biološke pojave, na primer kemične vezi. Na primer, ionska vez, ki je sestavljena iz prenosa elektronov iz kovinskega atoma (manj elektronegativen) v nekovinski (bolj elektronegativen).

Kaj je elektrostatični tlak?

Ko se vnašamo v moko, se bojimo, da vam ne moremo natančno opredeliti tega izraza, saj se zdi, da je v znanstveni skupnosti nekoliko neuporaben. Različni portali z besedo "elektrostatični tlak" označujejo električno silo privlačnosti oziroma odbijanja delcev z različnim ali enakim električnim nabojem.

Če bomo sprejeli ta izraz, bomo to tudi videli najbolj pravilno se sklicevati na ta elektrostatični pojav je "električna sila". Električna sila ali elektrostatični tlak bo tista sila, ki se pojavi med dvema ali več naboji, katerih modul je odvisen od vrednosti nabojev in razdalje, ki ju ločuje (in znak je odvisen od vsakega obremenitev). Ta terminološki konglomerat lahko povzamemo v naslednjih točkah:

• Nabitih atomov ali molekul trpi sila privlačnosti ali odbijanja, ko se približujejo. Dva iona z enakim nabojem se odbijata, če pa je eden pozitiven (+), drugi pa negativni (-), se zbližata.
• Vrednost elektrostatične sile ali tlaka je sorazmerna zmnožku vrednosti njegovih nabojev.
• Po drugi strani pa je vrednost te sile obratno sorazmerna kvadratu razdalje, ki ločuje naelektrene atome in deluje v smeri črte, ki ju povezuje.

Danes Te postavke na področju fizike so vključene pod okrilje Coulomb-ovega zakona, ki ga je leta 1785 razglasil francoski fizik Charles-Augustin de Coulomb. Te vloge je mogoče zbrati v naslednji formuli:

V tej formuli se F nanaša na skupno električno silo ali elektrostatični tlak, k je Coulomova konstanta, q1 in q2 vrednosti nabojev omenjenih atomov (v kulomih) in r razdalja med obema nabojema v metrih pri kvadrat. Kot opombo je treba opozoriti, da je enota "coulomb" ali "coulomb" opredeljena kot količina naboja, ki ga v eni sekundi prenese tok enega ampera jakosti električnega toka.

Želeni rezultat (F) predstavlja privlačno ali odbojno silo v Newtonih med električno nabitima atomoma ali molekulama.. Električna sila ali elektrostatični tlak je vektorska veličina, zato je treba poleg izračunavanja modula oceniti tudi njegovo smer in smer. Če imamo v igri le dva atoma, bo smer električne sile v skladu s črto, ki povezuje oba naboja. Po drugi strani pa je smisel lahko odvisno od znamenja atoma privlačnost (+/-) ali odbijanje (+ / +, - / -).

Na podlagi vseh teh premis lahko naredimo vrsto tako jasnih kot fascinantnih zaključkov: naboji z istim znakom doživljajo električno silo, ki jih navadno loči, naboji z drugim znakom doživljajo silo, ki jih navadno združi in bližje kot so nabiti atomi, večji je modul električne sile privlačenja ali odbijanja.

• Morda vas zanima: "Akcijski potencial: kaj je to in kakšne so njegove faze?"

Omejitve Coulombovega zakona

Kljub temu, da je bila revolucija v svojem času in je v veljavi še danes, je treba omeniti, da Coulombov zakon poroča tudi o nekaterih omejitvah. Med njimi najdemo naslednje:

• Obremenitve morajo predstavljati simetrično sferično porazdelitev.
• Obremenitve se ne smejo prekrivati.
• Stroški morajo biti medsebojno stacionarni.
• Na zelo majhnih razdaljah (glede na velikost atomov) elektrostatične sile odtehtajo druge, na primer močne ali šibke jedrske sile.

Biološka uporabnost elektrostatičnega tlaka

Dejstvo, da obstajajo pozitivni in negativni atomi, ni koristno le na ravni znanja. Na primer, ioni so bistvenega pomena pri delovanju bioloških sistemov, mišičnih in nevroloških, ter pri vseh organskih nalogah. Poglejmo konkreten primer, v katerem se električni potencial spremeni v oprijemljiva dejanja.

Ko mišica miruje, se privlačne sile med njeno komponento aktinom in miozinom zavirajo. Če razvijemo željo po določenem gibu (na primer namrščenju), oddajamo akcijski potencial (val električni izpust), ki potuje skozi nevronske sinapse do membrane motornega nevrona (motoričnega nevrona), povezane z mišico, ki jo želimo pogodbe.

Ti električni potenciali povzročajo, da motorični nevroni sproščajo kemično sporočilo v mišično tkivo, pretvorbo tega reda v sproščanje acetilholina, ki se veže na receptorje membrane mišice. Ta sprememba membranskega potenciala na mišični površini omogoča odpiranje ionsko odvisnih kanalov znotraj celic., ki se po vrsti korakov spremeni v močan dotok kalcijevih ionov (Ca 2+), ki spreminja konformacijo mišičnega aktina in miozina in omogoča krčenje.

Nadaljuj

Kot lahko vidite, so elektrostatični tlaki ali električne sile povsod. Elektrika ne le modulira vedenje žarnice ali baterije, ampak nam v najširšem pomenu besede omogoča prenos živčnih signalov na vse dele našega telesa in se na čim učinkovitejši način odzvati na okoljske dražljaje.

Na koncu je vse igra nabojev: atomi ali molekule z enakim nabojem se odbijajo, medtem ko se tisti z naboji privlačijo različni, v idealnem primeru s silo v linearni smeri, ki bo večja, čim bližje sta telesa. S temi premisami lahko opišemo vezi, kot so ionske in kovalentne ali potencial celičnih membran samega, torej življenje samo in atomsko organizacijo živih bitij. Brez dvoma smo brez elektrike nič.