Elektrostatik basınç: nedir ve özellikleri nelerdir

Elektrik dünyası heyecan verici. Bir pilin çalışmasından insan vücudundaki nöronların emisyonuna kadar, bu dizi Yüklerin varlığı ve akışı ile ilgili fiziksel fenomenler, canlı varlıklar olarak düşünmemize, hareket etmemize ve hareket etmemize izin verir. var olmak.

Sosyal düzeyde, elektrik ayrıca bize paha biçilmez miktarda kaynak sağladı: yakında söyleneceği üzere ulaşım, aydınlatma, iklimlendirme ve bilgisayar.

bunu bilmek çok ilginç vücudumuzdaki tüm canlı hücrelerin kendi elektrik yükü vardır. Hücre içi ve hücre dışı ortamda tuz konsantrasyonu farklı olduğu için (kalsiyum, klor, sodyum, potasyum vb.) Her iki ortam arasında bir elektrik yükü ve potansiyel farkı kurulur, bu terim "olarak bilinir. zar".

Vücut hücrelerindeki zarların potansiyellerindeki çeşitlilik, düşünmemize izin verir (nöronal düzeyde elektriksel sinaps) Her süreçte aksiyon potansiyellerinin iletilmesi ve hiperpolarizasyon veya depolarizasyon nedeniyle istemli bir kas kasılır. özel. Gördüğünüz gibi, elektrik bir pilin çok ötesine geçiyor: bizimle kalın ve elektrostatik basınç hakkında her şeyi öğrenin.

• İlgili makale: "Transkraniyal elektrik stimülasyonu: tanımı ve uygulamaları"

Elektrostatiğin temelleri nelerdir?

Elektrostatik, elektrik yüklerinin bir sonucu olarak cisimler arasında meydana gelen karşılıklı etkileri inceleyen bilim dalı olarak tanımlanır.. Dünyadaki tüm nesneler, kimyasal bir elementin özelliklerine sahip maddenin en küçük kurucu birimleri olan atomlardan oluşur. Durgun haldeyken, atom çekirdeğinin pozitif yükleri (toplam ağırlığın %99,94'ü) çevreleyen elektronların negatif yükleriyle dengelenir, bu nedenle nesne hareketsiz olarak kabul edilir.

Bir atom elektron kaybettiğinde veya kazandığında, pozitif veya negatif bir elektrik yükü kazanır. Genel kabule göre, bir atom bir veya daha fazla elektron kaybettiğinde "pozitif yüklü" olarak kabul edilir (protonlar yüklü olduğundan pozitiftir ve sayıları negatif elektronlardan daha fazladır), oysa atom elektronları entegre ederse, negatif bir yüke sahip olur. Buradan, ister pozitif ister negatif olsun, her ikisine de iyon denir.

Bir atom veya molekül bir yük aldığında, otomatik olarak elektromanyetik alanlardan etkilenir ve bunları kendi başına üretir.. Bu önermeye dayanarak, kimyasal bağlar gibi birçok biyolojik olayı tanımlayabiliriz. Örneğin, elektronların metalik bir atomdan (daha az elektronegatif) metalik olmayanlara (daha elektronegatif) iletilmesinden oluşan iyonik bağ.

Elektrostatik basınç nedir?

Una girerken, bilim camiasında biraz kullanım dışı gibi göründüğü için size bu terimin çok kesin bir tanımını veremeyeceğimizden korkuyoruz. Çeşitli portallar, sırasıyla farklı veya aynı elektrik yüküne sahip parçacıklar arasındaki elektriksel çekim veya itme kuvvetini belirtmek için "elektrostatik basınç" kelimesini kullanır.

Bu terimi benimsersek, göreceğiz ki Bu elektrostatik fenomene atıfta bulunmak için en doğru olanı "elektrik kuvveti" dir.. Elektrik kuvveti veya elektrostatik basınç, iki veya daha fazla yük arasında görünen kuvvet olacaktır. modülü, yüklerin değerine ve onları ayıran mesafeye bağlıdır (ve işaret, her birine bağlıdır). yük). Bu terminolojik holding aşağıdaki noktalarda özetlenebilir:

• Yüklü atomlar veya moleküller yaklaşırken bir çekim veya itme kuvvetine maruz kalırlar. Aynı yüke sahip iki iyon birbirini iter, ancak biri pozitif (+) ve diğeri negatif (-) ise yakınlaşırlar.
• Elektrostatik kuvvetin veya basıncın değeri, yüklerinin değerinin çarpımı ile orantılıdır.
• Öte yandan, bu kuvvetin değeri, yüklü atomları ayıran ve onları birleştiren doğru yönünde hareket eden uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.

Bugün, Fizik alanında yerleşik olan bu varsayımlar, Coulomb Yasası çatısı altında yer almaktadır.Fransız fizikçi Charles-Augustin de Coulomb tarafından 1785 yılında dile getirilmiştir. Bu uygulamalar aşağıdaki formülde toplanabilir:

Bu formülde F, toplam elektrik kuvvetini veya elektrostatik basıncı ifade eder, k Coulomb sabitidir, q1 ve q2, belirtilen atomların yüklerinin değerleridir (coulomb cinsinden) ve r, her iki yük arasındaki mesafenin metre cinsinden Meydan. Bir not olarak, "coulomb" veya "coulomb" biriminin, bir amperlik elektrik akımı yoğunluğundaki bir akımın bir saniyede taşıdığı yük miktarı olarak tanımlandığını belirtmek gerekir.

İstenen sonuç (F), hem elektrik yüklü atomlar hem de moleküller arasındaki Newton cinsinden çekici veya itici kuvveti temsil eder.. Elektrik kuvveti veya elektrostatik basınç bir vektör miktarıdır, bu nedenle modülün hesaplanmasına ek olarak yönü ve yönü de tahmin edilmelidir. Oyunda sadece iki atomumuz varsa, elektrik kuvvetinin yönü, her iki yükü birleştiren çizgi ile aynı doğrultuda olacaktır. Öte yandan, atomun işaretine bağlı olarak, anlam çekim (+/-) veya itme (+ / +, - / -) olabilir.

Tüm bu öncüllere dayanarak, büyüleyici oldukları kadar açık olan bir dizi sonuç çıkarılabilir: Aynı işarete sahip yükler, onları ayırma eğiliminde olan bir elektrik kuvvetine maruz kalır, farklı bir işarete sahip yükler, onları birleştirme eğiliminde olan bir kuvvete maruz kalır. ve yüklü atomlar ne kadar yakınsa, elektriksel çekim veya itme kuvvetinin modülü de o kadar büyük olur.

• İlginizi çekebilir: "Aksiyon potansiyeli: nedir ve aşamaları nelerdir?"

Coulomb yasasının sınırlamaları

Zamanında bir devrim olmasına ve bugün yürürlükte devam etmesine rağmen, unutulmamalıdır ki; Coulomb yasası da bazı sınırlamalar bildiriyor. Bunlar arasında aşağıdakileri buluyoruz:

• Yükler simetrik bir küresel dağılım göstermelidir.
• Yükler üst üste gelmemelidir.
• Yükler birbirine göre durağan olmalıdır.
• Çok küçük mesafeler için (atomların büyüklüğüne göre), elektrostatik kuvvetler, güçlü veya zayıf nükleer kuvvetler gibi diğerleri tarafından ağır basar.

Elektrostatik basıncın biyolojik faydası

Pozitif ve negatif atomların olması sadece bilgi düzeyinde faydalı değildir.. Örneğin iyonlar, biyolojik sistemlerin hem kas hem de nörolojik düzeyde işleyişinde ve tüm organik görevlerde gereklidir. Elektrik potansiyelinin somut eylemlere dönüştürüldüğü somut bir duruma bakalım.

Bir kas dinlenirken, onu oluşturan aktin ve miyozin arasındaki çekici kuvvetler engellenir. Belirli bir hareketi (örneğin kaşlarını çatmak) gerçekleştirme arzusunu geliştirirsek, beyin seviyesinde bir aksiyon potansiyeli (bir dalga) yayarız. nöronal sinapslardan geçerek istediğimiz o kasla ilgili motor nöronun (motor nöron) zarına giden elektrik boşalması sözleşme.

Bu elektriksel potansiyeller, motor nöronun kas dokusuna kimyasal bir mesaj salmasına neden olur. zarının reseptörlerine bağlanan asetilkolinin salınmasında bu sıranın dönüştürülmesi kas. Kas yüzeyindeki membran potansiyelindeki bu değişiklik, hücreler içinde iyona bağlı kanalların açılmasına izin verir.Bu, bir dizi adımdan sonra büyük bir kalsiyum iyonu (Ca2+) akışına dönüşerek kas aktin ve miyozinin konformasyonunu değiştirerek kasılmaya izin verir.

Devam et

Gördüğünüz gibi, elektrostatik basınçlar veya elektrik kuvvetleri her yerdedir. Elektrik yalnızca bir ampulün veya pilin davranışını değiştirmekle kalmaz, aynı zamanda kelimenin en geniş anlamıyla sinir sinyallerini iletmemizi sağlar. vücudumuzun tüm bölgelerine ve çevresel uyaranlara mümkün olan en etkili şekilde yanıt verir.

Sonunda, her şey bir yük oyunudur: aynı yüke sahip atomlar veya moleküller birbirini iterken, yüke sahip olanlar birbirini iter. farklı, ideal olarak, ikisi birbirine yaklaştıkça daha büyük olacak doğrusal bir yönde bir kuvvetle çekilir. vücutlar. Bu öncüllerle iyonik ve kovalent gibi bağları veya hücre zarlarının potansiyelini, dolayısıyla yaşamın kendisini ve canlıların atomik organizasyonunu tanımlayabiliriz. Şüphesiz, elektrik olmadan biz bir hiçiz.