Електростатичний тиск: що це таке і які його характеристики

Світ електрики захоплюючий. Від роботи батареї до викиду нейронів в організмі людини, цей набір Фізичні явища, пов’язані з наявністю та потоком зарядів, дозволяють нам, як живим істотам, думати, рухатися та існувати.

На соціальному рівні електроенергія також забезпечила нас неоціненною кількістю ресурсів: транспорту, освітлення, кондиціонування повітря та обчислювальної техніки, про що незабаром говориться.

Дуже цікаво це знати всі живі клітини нашого тіла мають власний електричний заряд. Оскільки концентрація солей різна у внутрішньоклітинному та позаклітинному середовищі (кальцій, хлор, натрій, калій тощо) електричний заряд і різниця потенціалів встановлюються між обома середовищами, термін відомий як " мембрана ".

Варіація потенціалу мембран у клітинах тіла дозволяє нам думати (електричний синапс на нейрональному рівні) скоротити довільний м’яз завдяки передачі потенціалу дії та гіперполяризації або деполяризації в кожному процесі конкретні. Як бачите, електрика виходить далеко за рамки акумулятора: залишайтеся з нами і дізнатися все про електростатичний тиск.

• Пов’язана стаття: "Транскраніальна електростимуляція: визначення та застосування"

Які основи електростатики?

Електростатика визначається як та галузь науки, яка вивчає взаємні ефекти, що виникають між тілами в результаті їх електричних зарядів.. Всі об'єкти на Землі складаються з атомів, найменших складових одиниць речовини, що мають властивості хімічного елемента. У стані спокою позитивні заряди атомного ядра (99,94% від загальної ваги) врівноважуються з негативними зарядами навколишніх електронів, тому об'єкт вважається спокійним.

Коли атом втрачає або отримує електрони, він набуває позитивного або негативного електричного заряду. За загальноприйнятою умовою, коли атом втрачає один або кілька електронів, він вважається "позитивно зарядженим" (оскільки протони заряджені позитивні, і їх число більше, ніж негативних електронів), тоді як якщо атом інтегрує електрони, то трапляється негативний заряд. Звідси обидва вони називаються іонами, будь вони позитивними чи негативними.

Коли атом або молекула набуває заряду, він автоматично потрапляє під вплив електромагнітних полів і генерує їх сам.. Виходячи з цієї передумови, ми можемо описати багато біологічних явищ, таких як хімічні зв’язки. Наприклад, іонний зв’язок, який складається з передачі електронів від атома металу (менш електронегативного) до неметалевого (більш електронегативного).

Що таке електростатичний тиск?

Вводячи борошно, ми боїмося, що не можемо дати вам дуже точного визначення цього терміна, оскільки він, здається, трохи не використовується у науковому співтоваристві. Різні портали використовують слово "електростатичний тиск" для позначення електричної сили притягання або відштовхування між частинками з різним або однаковим електричним зарядом відповідно.

Якщо ми приймемо цей термін, то побачимо його найбільш правильним посиланням на це електростатичне явище є "електрична сила". Тоді електрична сила або електростатичний тиск буде силою, яка виникає між двома або більше зарядами, модуль яких залежить від величини зарядів і відстані, яка їх розділяє (а знак залежить від кожного навантаження). Цей термінологічний конгломерат можна узагальнити в наступних пунктах:

• Заряджені атоми або молекули під час наближення зазнають сили притягання або відштовхування. Два іони з однаковим зарядом відштовхують один одного, але якщо один позитивний (+), а другий негативний (-), вони наближаються.
• Величина електростатичної сили або тиску пропорційна добутку величини його зарядів.
• З іншого боку, величина цієї сили обернено пропорційна квадрату відстані, що розділяє заряджені атоми і діє в напрямку лінії, що з’єднує їх.

Сьогодні Ці постулації, закріплені у галузі фізики, входять в рамки закону Кулона, проголошений французьким фізиком Шарлем-Огюстен де Кулон у 1785 році. Ці заявки можна зібрати за такою формулою:

У цій формулі F позначає загальну електричну силу або електростатичний тиск, k - постійна Кулона, q1 і q2 - значення зарядів згаданих атомів (у кулонах) і r відстань між обома зарядами в метрах при площа. Як примітку, слід зазначити, що одиниця "кулон" або "кулон" визначається як величина заряду, що за одну секунду переноситься струмом в один ампер інтенсивності електричного струму.

Бажаний результат (F) представляє силу притягання або відштовхування в ньютонах між обома електрично зарядженими атомами або молекулами.. Електрична сила або електростатичний тиск є векторною величиною, тому, крім розрахунку модуля, необхідно також оцінити його напрямок та напрямок. Якщо у нас у грі лише два атоми, напрямок електричної сили буде співпадати з лінією, яка з'єднує обидва заряди. З іншого боку, залежно від знака атома, значення може бути притяганням (+/-) або відштовхуванням (+ / +, - / -).

Виходячи з усіх цих передумов, можна зробити ряд висновків, ясних та захоплюючих: заряди з однаковим знаком відчувають електричну силу, яка прагне їх розділити, заряди з іншим знаком відчувають силу, яка прагне об'єднати їх і чим ближче заряджені атоми, тим більший модуль електричної сили притягання або відштовхування.

• Вас можуть зацікавити: "Потенціал дії: що це таке і які його етапи?"

Обмеження закону Кулона

Незважаючи на те, що вона була революцією свого часу і продовжує діяти сьогодні, слід зазначити, що Закон Кулона також повідомляє про певні обмеження. Серед них ми знаходимо наступне:

• Навантаження повинні мати симетричний сферичний розподіл.
• Вантажі не повинні перекриватися.
• Заряди повинні бути нерухомими по відношенню один до одного.
• На дуже малих відстанях (на порядок за розміром атомів) електростатичні сили переважають інші, такі як сильні або слабкі ядерні сили.

Біологічна корисність електростатичного тиску

Той факт, що існують позитивні та негативні атоми, корисний не лише на рівні знань. Наприклад, іони мають важливе значення у функціонуванні біологічних систем як на м’язовому, так і на неврологічному рівні, а також у всіх органічних завданнях. Давайте розглянемо конкретний випадок, коли електричний потенціал перетворюється на відчутні акти.

Коли м’яз перебуває в стані спокою, сили притягання між актином і міозином, що його складають, гальмуються. Якщо у нас розвивається бажання виконувати певний рух (наприклад, хмуритися), ми випускаємо потенціал дії на рівні мозку (хвиля електричний розряд), який рухається через нейронні синапси до мембрани рухового нейрона (моторного нейрона), пов’язаного з тим м’язом, який ми хочемо контракт.

Ці електричні потенціали змушують руховий нейрон передавати хімічне повідомлення до м’язової тканини, перетворюючи цей порядок у виділення ацетилхоліну, який зв'язується з рецепторами мембрани м'язи. Ця зміна мембранного потенціалу на м’язовій поверхні дозволяє відкрити іонзалежні канали всередині клітин., що перетворюється на масивний приплив іонів кальцію (Ca 2+) після ряду етапів, змінюючи конформацію м’язового актину та міозину та дозволяючи скорочення.

Резюме

Як бачите, електростатичний тиск або електричні сили є скрізь. Електрика не тільки модулює поведінку лампочки або батареї, але, в широкому розумінні цього слова, дозволяє нам передавати нервові сигнали на всі частини нашого тіла та реагувати на подразники навколишнього середовища найбільш ефективно.

Зрештою, все - це гра зарядів: атоми або молекули з однаковим зарядом відштовхують один одного, тоді як ті, що мають заряди різні притягуються, в ідеалі із силою в лінійному напрямку, яка буде більшою, чим ближче вони будуть тіл. За допомогою цих передумов ми можемо описати такі зв’язки, як іонні та ковалентні, або потенціал самої клітинної мембрани, отже, саме життя та атомна організація живих істот. Без сумніву, без електрики ми ніщо.