แรงดันไฟฟ้าสถิต: มันคืออะไรและมีลักษณะอย่างไร

โลกของไฟฟ้านั้นน่าตื่นเต้น ตั้งแต่การทำงานของแบตเตอรี่ไปจนถึงการปล่อยเซลล์ประสาทภายในร่างกายมนุษย์ ชุดของ .นี้ ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการมีอยู่และการไหลของประจุทำให้เราในฐานะสิ่งมีชีวิตคิด เคลื่อนไหว และ มีอยู่

ในระดับสังคม ไฟฟ้ายังให้ทรัพยากรจำนวนมหาศาลแก่เราอย่างประเมินค่ามิได้ เช่น การขนส่ง แสงสว่าง เครื่องปรับอากาศ และคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะมีการกล่าวถึงเร็วๆ นี้

มันอยากรู้อยากเห็นมากที่จะรู้ว่า เซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมดในร่างกายของเรามีประจุไฟฟ้าของตัวเอง. เนื่องจากความเข้มข้นของเกลือจะแตกต่างกันในสภาพแวดล้อมภายในเซลล์และภายนอกเซลล์ (แคลเซียม คลอรีน โซเดียม โพแทสเซียม ฯลฯ) ประจุไฟฟ้าและความต่างศักย์ระหว่างสื่อทั้งสองเรียกว่า " เมมเบรน".

ความผันแปรของศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ในร่างกายทำให้เราสามารถคิด (ไซแนปส์ไฟฟ้าที่ระดับเซลล์ประสาท) ได้ หดตัวของกล้ามเนื้อโดยสมัครใจเนื่องจากการส่งผ่านของศักยะงานและไฮเปอร์โพลาไรเซชันหรือการสลับขั้วในแต่ละกระบวนการ เฉพาะ. อย่างที่คุณเห็น ไฟฟ้ามีมากกว่าแบตเตอรี่: อยู่กับเราและ ค้นพบทุกสิ่งเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าสถิต.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "การกระตุ้นด้วยไฟฟ้า Transcranial: ความหมายและการใช้งาน"

พื้นฐานของไฟฟ้าสถิตคืออะไร?

ไฟฟ้าสถิตถูกกำหนดให้เป็นสาขาของวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาผลกระทบร่วมกันที่เกิดขึ้นระหว่างร่างกายอันเป็นผลมาจากประจุไฟฟ้า. วัตถุทั้งหมดบนโลกประกอบด้วยอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยองค์ประกอบที่เล็กที่สุดของสสารที่มีคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมี เมื่ออยู่นิ่ง ประจุบวกของนิวเคลียสของอะตอม (99.94% ของน้ำหนักทั้งหมด) จะสมดุลกับประจุลบของอิเล็กตรอนโดยรอบ ดังนั้นวัตถุจึงถูกพิจารณาว่านิ่ง

เมื่ออะตอมสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอน อะตอมจะได้รับประจุไฟฟ้าบวกหรือลบ ตามธรรมเนียมทั่วไป เมื่ออะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัวหรือมากกว่า จะถือว่าเป็น "ประจุบวก" (เนื่องจากโปรตอนถูกประจุ บวกและมีจำนวนมากกว่าอิเล็กตรอนเชิงลบ) ในขณะที่ถ้าอะตอมรวมอิเล็กตรอนก็จะมีประจุลบ จากที่นี่ ทั้งสองจะเรียกว่าไอออน ไม่ว่าจะเป็นบวกหรือลบ

เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลได้รับประจุ มันจะได้รับอิทธิพลจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าโดยอัตโนมัติและสร้างมันขึ้นมาเอง. จากสมมติฐานนี้ เราสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทางชีววิทยามากมาย เช่น พันธะเคมี ตัวอย่างเช่น พันธะไอออนิก ซึ่งประกอบด้วยการส่งอิเล็กตรอนจากอะตอมของโลหะ (อิเลคโตรเนกาทีฟน้อยกว่า) ไปยังอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ

แรงดันไฟฟ้าสถิตคืออะไร?

เมื่อเข้าสู่แป้ง เราเกรงว่าเราไม่สามารถให้คำจำกัดความที่แน่นอนของคำนี้แก่คุณได้ เนื่องจากดูเหมือนว่าจะไม่มีประโยชน์อะไรในชุมชนวิทยาศาสตร์ พอร์ทัลต่างๆ ใช้คำว่า "แรงดันไฟฟ้าสถิต" เพื่อกำหนดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าหรือแรงผลักระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าต่างกันหรือเหมือนกันตามลำดับ

ถ้าเรายอมรับคำนี้เราจะเห็นว่า ที่ถูกต้องที่สุดในการอ้างถึงปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตนี้คือ "แรงไฟฟ้า". แรงไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าสถิตจะเป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างประจุตั้งแต่สองประจุขึ้นไป ซึ่งโมดูลัสขึ้นอยู่กับมูลค่าของประจุและระยะทางที่แยกออก (และเครื่องหมายขึ้นอยู่กับแต่ละอย่าง โหลด) กลุ่มคำศัพท์นี้สามารถสรุปได้ในประเด็นต่อไปนี้:

• อะตอมหรือโมเลกุลที่มีประจุจะได้รับแรงดึงดูดหรือแรงผลักเมื่อเข้าใกล้ ไอออน 2 ตัวที่มีประจุเท่ากันจะผลักกัน แต่ถ้าตัวหนึ่งเป็นบวก (+) และอีกตัวเป็นลบ (-) ไอออนจะเข้าใกล้กันมากขึ้น
• ค่าของแรงไฟฟ้าสถิตหรือแรงดันเป็นสัดส่วนกับผลคูณของมูลค่าของประจุ
• ในทางกลับกัน ค่าของแรงนี้จะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทางที่แยกอะตอมที่มีประจุออกและกระทำในทิศทางของเส้นที่เชื่อมเข้าด้วยกัน

วันนี้ สมมติฐานเหล่านี้ถูกตัดสินในสาขาวิชาฟิสิกส์อยู่ภายใต้กฎของคูลอมบ์โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Charles-Augustin de Coulomb ในปี ค.ศ. 1785 แอปพลิเคชันเหล่านี้สามารถรวบรวมได้ในสูตรต่อไปนี้:

ในสูตรนี้ F หมายถึงแรงไฟฟ้าทั้งหมดหรือแรงดันไฟฟ้าสถิต k คือค่าคงที่คูลอมบ์ q1 และ q2 คือค่าประจุของอะตอมที่กล่าวถึง (เป็นคูลอมบ์) และ r ระยะห่างระหว่างประจุทั้งสองเป็นเมตรที่ สี่เหลี่ยม ควรสังเกตว่าหน่วย "คูลอมบ์" หรือ "คูลอมบ์" ถูกกำหนดให้เป็นปริมาณประจุที่บรรทุกในหนึ่งวินาทีโดยกระแสความแรงของกระแสไฟฟ้าหนึ่งแอมแปร์

ผลลัพธ์ที่ต้องการ (F) แสดงถึงแรงดึงดูดหรือแรงผลักในนิวตันระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้า. แรงไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าสถิตเป็นปริมาณเวกเตอร์ ดังนั้น นอกจากการคำนวณโมดูลแล้ว ยังต้องมีการประมาณทิศทางและทิศทางของโมดูลด้วย ถ้าเรามีเพียงสองอะตอมในการเล่น ทิศทางของแรงไฟฟ้าจะอยู่ในแนวเดียวกับเส้นที่เชื่อมประจุทั้งสองเข้าด้วยกัน ในทางกลับกัน ขึ้นอยู่กับสัญลักษณ์ของอะตอม ความหมายอาจเป็นแรงดึงดูด (+/-) หรือแรงผลัก (+ / +, - / -)

จากสถานที่ทั้งหมดเหล่านี้ สามารถสรุปชุดของข้อสรุปที่ชัดเจนและน่าสนใจได้: ประจุที่มีเครื่องหมายเดียวกันจะสัมผัสกับแรงไฟฟ้าที่มีแนวโน้มที่จะแยกออกจากกัน ประจุที่มีสัญลักษณ์ต่างกันจะสัมผัสกับพลังที่มีแนวโน้มจะรวมกันเป็นหนึ่ง และยิ่งอะตอมที่มีประจุอยู่ใกล้มากเท่าใด โมดูลัสของแรงดึงดูดหรือแรงผลักไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

• คุณอาจสนใจ: "ศักยภาพในการดำเนินการ: มันคืออะไรและมีขั้นตอนอย่างไร"

ข้อจำกัดของกฎของคูลอมบ์

แม้จะเป็นการปฏิวัติในสมัยนั้นและยังคงมีผลใช้บังคับมาจนถึงทุกวันนี้ ก็ควรสังเกตว่า กฎของคูลอมบ์ยังรายงานข้อจำกัดบางประการอีกด้วย certain. ในหมู่พวกเขา เราพบสิ่งต่อไปนี้:

• โหลดต้องแสดงการกระจายทรงกลมสมมาตร
• โหลดต้องไม่ทับซ้อนกัน
• ค่าใช้จ่ายจะต้องอยู่กับที่ด้วยความเคารพซึ่งกันและกัน
• สำหรับระยะทางที่เล็กมาก (ตามลำดับขนาดของอะตอม) แรงไฟฟ้าสถิตจะถูกประเมินโดยผู้อื่น เช่น แรงนิวเคลียร์แบบแรงหรือแบบอ่อน

ประโยชน์ทางชีวภาพของแรงดันไฟฟ้าสถิต

ความจริงที่ว่ามีอะตอมบวกและลบไม่เพียงมีประโยชน์ในระดับความรู้เท่านั้น. ตัวอย่างเช่น ไอออนมีความจำเป็นต่อการทำงานของระบบชีวภาพ ทั้งในระดับกล้ามเนื้อและระบบประสาท และในงานอินทรีย์ทั้งหมด ลองดูกรณีที่เป็นรูปธรรมซึ่งศักย์ไฟฟ้าถูกเปลี่ยนเป็นการกระทำที่จับต้องได้

เมื่อกล้ามเนื้อพัก แรงดึงดูดระหว่างแอคตินและไมโอซินที่ประกอบขึ้นจากกล้ามเนื้อจะถูกยับยั้ง หากเราพัฒนาความปรารถนาที่จะเคลื่อนไหวอย่างเฉพาะเจาะจง (เช่น การขมวดคิ้ว) เราจะปลดปล่อยศักยภาพในการดำเนินการที่ระดับของสมอง (คลื่นของ การคายประจุไฟฟ้า) ที่เดินทางผ่านไซแนปส์ของเซลล์ประสาทไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทสั่งการ (motor neuron) ที่เกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อที่เราต้องการ สัญญา.

ศักย์ไฟฟ้าเหล่านี้ทำให้เซลล์ประสาทสั่งการปลดปล่อยสารเคมีไปยังเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ เปลี่ยนลำดับนี้ในการปล่อย acetylcholine ที่จับกับตัวรับของเยื่อหุ้มเซลล์ กล้ามเนื้อ การเปลี่ยนแปลงศักย์ของเมมเบรนบนพื้นผิวของกล้ามเนื้อทำให้สามารถเปิดช่องที่ขึ้นกับไอออนภายในเซลล์ได้ซึ่งแปลเป็นการไหลเข้าของแคลเซียมไอออน (Ca 2+) จำนวนมากหลังจากทำตามขั้นตอนต่างๆ ซึ่งเปลี่ยนโครงสร้างของกล้ามเนื้อแอกตินและไมโอซิน และทำให้เกิดการหดตัว

เรซูเม่

อย่างที่คุณเห็น แรงดันไฟฟ้าสถิตหรือแรงไฟฟ้ามีอยู่ทุกที่ ไฟฟ้าไม่เพียงแต่ปรับพฤติกรรมของหลอดไฟหรือแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ในความหมายที่กว้างที่สุดของคำนี้ ยังช่วยให้เราส่งสัญญาณประสาทได้ ทุกส่วนของร่างกายและตอบสนองต่อสิ่งเร้าจากสิ่งแวดล้อมอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

ในท้ายที่สุด ทุกอย่างคือเกมของประจุ: อะตอมหรือโมเลกุลที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน ในขณะที่ประจุที่มีประจุเท่ากัน ต่างถูกดึงดูดโดยอุดมคติด้วยแรงในทิศทางเชิงเส้นที่จะยิ่งเข้าใกล้ทั้งสองยิ่งมาก ร่างกาย ด้วยสถานที่เหล่านี้ เราสามารถอธิบายพันธะ เช่น ไอออนิกและโควาเลนต์ หรือศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ ดังนั้น ตัวชีวิตเองและการจัดระเบียบอะตอมของสิ่งมีชีวิต ไม่ต้องสงสัยเลย ถ้าไม่มีไฟฟ้าเราไม่มีอะไรเลย