Электричество в живых организмах

IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

Электричество в живых организмах
Текст работы размещён без изображений и формул.

Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF Проблема проекта:

Каждый год в школе “Логос” проходит интересная научно-практическая конференция в рамках одной большой темы “Люди, которые изменили мир”.

В 2016-2017 учебном году данная тема посвящена великому физику Н. Тесла. Нас пригласили в качестве гостей на открытие конференции. Из гостей мы стали участниками. На выбор участникам конференции было предложено несколько тем, связанных с электричеством.

Изначально я хотела делать проект по биологии и физики, поэтому я выбрала тему «Природа электричества в живых организмах».

Цель проекта:

Выяснить природу электричества в живых организмах и рассказать об этом ребятам.

Продукт проекта:

    Макет ската, на котором показаны электрические органы;

    Классный час в 3 классе;

    Участие в конференции.

Спецификация:

    Научность

    Наглядность

    Адекватность

    Понятность для разных возрастов

Список задач:

1)Обработать литературу

2) Подобрать необходимый материал для изготовления макета

3) Создать учебный макет

4) Написать сценарий для проведения уроков в 3-х классах

5) Провести классный час в 3-х классах, выступить на научно-практической конференции в ЧОУ СОШ «Логос».

Теоретическая часть

Раздел 1. Электромагнетизм.

Сначала разберем, что такое электричество?

Существует невидимая сила, которая протекает внутри биологических объектов и неживой среды. Эта сила называется электричеством. Электричество – это энергия, создаваемая движением и взаимодействием заряженных частиц.

Термин «электричество» произошел от греческого слова «электрон», которое переводится как «янтарь». Древние греки обнаружили, что, потерев этот камень, можно получить небольшой статистический заряд.

Но создавать электрический ток для своих потребностей люди научились только в начале XIX века.

А электромагнетизм – это явления, возникающие в результате взаимодействия электрического тока и магнетизма. В основе этого раздела лежит учение об электрическом заряде.

В природе существуют два вида электрических зарядов, которые условно названы положительные и отрицательные.

Элементарные электрические заряды входят в состав атомов вещества: электрон (носитель отрицательного заряда «-») и протон (носитель положительного заряда «+») (рис.1.1).

Рис.1.1. Электрические заряды.

В зависимости от состояния электрических зарядов и различных свойств проявления их в природе, раздел электромагнетизма условно можно разделить на три подраздела, что облегчает изучение материала: электростатика, электрический ток, магнетизм.

Электростатика — раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов ( коли́чество электри́чества ).

Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.

Многие физические явления, наблюдаемые в природе и окружающей нас жизни, не могут быть объяснены на основе законов механики, молекулярно-кинетической теории и термодинамики. В этих явлениях проявляются силы, действующие между телами на расстоянии, причем эти силы не зависят от масс взаимодействующих тел и, следовательно, не являются гравитационными.

В отличие от механических взаимодействий, где участниками физического процесса являются частицы вещества, массы, в электромагнитных взаимодействиях участвуют частицы эфира, не имеющие массы.

Как в случае механических, так и электромагнитных взаимодействиях на расстоянии общим является то, что такие дистантные взаимодействия обеспечивают соответствующие физические поля, через которые передаются физические взаимодействия.

О существовании электромагнитных сил знали еще древние греки.

Но систематическое, количественное изучение физических явлений, в которых проявляется электромагнитное взаимодействие тел, началось только в конце XVIII века.

Трудами многих ученых в XIX веке завершилось создание стройной науки, изучающей электрические и магнитные явления. Эта наука, которая является одним из важнейших разделов физики, получила название электродинамики.

Первооткрывателем электромагнетизма считается датский физик Ханс Кристиан Э́рстед, обнаруживший воздействие электрического тока на магнит.

До начала XIX века никто не предполагал, что электричество и магнетизм что-то связывает. И даже разделы физики, в которых они рассматривались, были разными. Доказательство существования такой связи было получено Эрстедом в 1820 г.

во время проведения опыта на лекции в университете. На экспериментальном столе рядом с проводником тока находился магнитный компас. В момент замыкания электрической цепи магнитная стрелка компаса отклонилась от своего первоначального положения.

Повторив опыт, Эрстед получил такой же результат.

Основными объектами изучения в электродинамике являются электрические и магнитные поля, создаваемые электрическими зарядами и токами.

Электромагнитное поле — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Тела или частицы, обладающие электрическим зарядом, создают в окружающем их пространстве электрическое поле, являющееся одним из двух компонентов электромагнитного поля.

Магнитное поле – это особый вид материи, специфической особенностью которой является действие на движущийся электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости заряда, направления силы тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

Раздел 2. Электричество в живой природе.

Электри́ческие о́рганы (лат. Organa electricus) — органы некоторых рыб, генерирующие электрические разряды. Электрические органы (рис 1.2) возникли независимо у рыб нескольких далёких друг от друга групп (как пресноводных, так и морских).

Их имели многие ископаемые рыбы и бесчелюстные; среди современных рыб эти органы известны более чем у 300 видов. Электрические органы — это видоизменённые мышцы, парные органы. У разных видов рыб они сильно отличаются расположением, формой и внутренним строением.

Они могут представлять собой почковидные образования (у электрических скатов и электрических угрей), тонкий слой под кожей (электрический сом), нитевидные образования (мормировые и гимнотовые (англ. Gymnotidae)), находиться в подглазничном пространстве (североамериканский звездочёт).

Их масса может достигать 1/6 (у электрических скатов) и даже 1/4 (у электрических угрей и сомов) массы тела.

Рисунок 1.2. Электрические органы угря и ската.

Каждый электрический орган состоит из многочисленных собранных в столбики электрических пластинок (рис.2.2) — видоизменённых (уплощённых) мышечных, нервных или железистых клеток, между мембранами которых может генерироваться разность потенциалов.

Количество пластинок и столбиков в электрических органах разных видов рыб различно: у электрического ската около 600 расположенных в виде пчелиных сот столбиков по 400 пластинок в каждом, у электрического угря — 70 горизонтально размещённых столбиков по 6000 в каждом, у электрического сома электрические пластинки (около 2 млн.) распределены беспорядочно. Пластинки в каждом столбике соединены последовательно, а электрические столбики — параллельно. Электрические органы иннервируются ветвями блуждающего, лицевого и языкоглоточного нервов, подходящими к электроотрицательной стороне электрических пластинок.

Рисунок 2.2. Электрические органы ската.

Среди электрических рыб первенство принадлежит электрическому угрю (рис.3.2), живущему в притоках Амазонки и других реках Южной Америки. Взрослые особи угря достигают двух с половиной метров. Электрические органы – преобразованные мышцы – располагаются у угря по бокам, простираясь вдоль позвоночника на 80 процентов всей длины рыбы.

Это своеобразная батарея, плюс которой находится в передней части тела, а минус – в задней. Живая батарея вырабатывает напряжение около 350, а у самых крупных особей – до 650 вольт. При мгновенной силе тока до 1-2 ампер такой разряд способен свалить с ног человека.

С помощью электрических разрядов угорь защищается от врагов и добывает себе пропитание.

Рисунок 3.2. Электрический угорь.

В реках Экваториальной Африки обитает другая рыба – электрический сом (рис.4.2). Размеры его поменьше – от 60 до 100 см. Специальные железы, вырабатывающие электричество, составляют около 25 процентов общего веса рыбы.

Электрический ток достигает напряжения 360 вольт. Известны случаи электрического шока у людей, купавшихся в реке и нечаянно наступивших на такого сома.

Если электрический сом попадается на удочку, то и рыболов может получить весьма ощутимый удар током, прошедшим по мокрым леске и удилищу к его руке.

Рисунок 4.2. Электрический сом

Однако умело направленные электрические разряды можно использовать в лечебных целях. Известно, что электрический сом занимал почетное место в арсенале народной медицины у древних египтян.

Вырабатывать весьма значительную электрическую энергию способны и электрические скаты (рис.5.2). Их насчитывается более 30 видов.

Эти малоподвижные обитатели дна, размером от 15 до 180 см, распространены главным образом в прибрежной зоне тропических и субтропических вод всех океанов.

Затаившись на дне, иногда наполовину погрузившись в песок или ил, они парализуют свою добычу (других рыб) разрядом тока, напряжение которого у разных видов скатов бывает от 8 до 220 вольт. Скат может нанести значительный удар током и человеку, случайно соприкоснувшемуся с ним.

Рисунок 5.2. Электрический скат

Как уже говорилось ранее, скат вырабатывает электричество при помощи специальных электрических органов, которые находятся внутри ската (рис.2.2). Они возникли как у пресноводных, так и у морских рыб. Ученые выяснили, что такого рода органы были у некоторых их предков.

Современная ихтиология насчитывает больше трехсот видов рыб, которых природа одарила электрическими органами, представляющие собой видоизмененные мышцы. У тех или иных электрических рыб они отличаются своим местоположением. К примеру, у скатов – это почковидные образования.

Если выразиться более простыми словами, то электроорганы скатов являются своеобразными мини-генераторами, которые вырабатывают весьма приличный заряд тока. Кстати, такого заряда хватит на то, чтобы обездвижить человека, не говоря уже о рыбах. Некоторые специалисты утверждают, что электрический скат вырабатывает напряжение в триста вольт.

Электроорганы находятся в брюшной части и спинной и сравниваются они с электрической или гальванической батарейкой. Каждый орган состоит из большого количества электрических пластин, которые собраны в столбики. Это видоизменные мышечные, нервные и железистые клетки.

Электроорганы рыбы иннервируются специальными ветвями лицевого, языкоглоточного и блуждающего нервов.

В каких случаях скат вырабатывает электричество?

Электрический скат использует свои уникальнейшие электрогенные свойства в нескольких случаях, а именно, если рыба видит, что ей угрожает опасность и во время охоты. Сами скаты, и это весьма любопытно, не страдают от выпускаемого ими электрозаряда, так как их природа одарила специальной «изоляцией».

Кстати, те, кто имел неосторожность почувствовать на себе силу воздействия электрического ската, остались крайне недовольными.

Как они рассказывают сами, удар тока от рыбы сопровождается продолжительной сонливостью, появляется дрожь в ногах, теряется чувствительность и происходит онемение верхних конечностей.

Любопытно, но еще в древности успешно эксплуатировалось такое удивительное электрогенное свойство скатов. Этих чудо-рыб древне греческий народ использовало для обезболивания во время оперативного вмешательства или же во время родов.

Помимо электрических зарядов большой силы dct рыбы способны вырабатывать и низковольтный, слабый по силе ток.

Благодаря ритмическим разрядам слабого тока с частотой от 1 до 2000 импульсов в секунду, они даже в мутной воде превосходно ориентируются и сигнализируют друг другу о возникающей опасности.

Таковы мормирусы (рис 6.2) и гимнархи (рис. 7.2), обитающие в мутныхводах рек, озер и болот Африки.

Вообще же, как показали экспериментальные исследования, большинство рыбы, и морских, и пресноводных, способны излучать очень слабые электрические разряды, которые можно уловить лишь с помощью специальных приборов. Эти разряды играют важную роль в поведенческих реакциях рыб, особенно тех, которые постоянно держатся большими стаями.

Рис. 6.2. Мормирус. Рис. 7.2. Гимнарх.

Рис.6.2. Мормирус.

Практическая часть.

Описание процесса

Вместе с учителем биологии мы решили создать макета ската с его электрическими органами. Очень сложно понять, каким образом происходит процесс возникновения электрического разряда в телах живых организмов.

Теперь главной задачей нашей работы было подобрать необходимый материал для создания макета. Используя опыт предыдущих проектов, за основу мы взяли флористическую пену, из которой вырезали макет ската и его электрических органов. Покрыли его краской и лаком.

Материал должен был быть гибким, эластичным, определенного цвета.

Сначала, я выбрала картинку электрического ската по образу и подобию, которой, начала делать выкройку.

Потом вырезала из губки для флористов основу-тело ската.

Теперь необходимо было сделать плавники и покрасить макет специальной краской.

Оценка результата/продукта

Результатом проекта у нас является макет ската, на котором показаны электрические органы, классный час в 3 классе, участие в конференции.

Макет ската с электрическими органами, согласно анатомическим и морфологическим особенностям. На брюшной поверхности показана имитация электрических органов, в качестве наглядного пособия для младших классов.

Макет ската имеет характерные для данного вида окраску: бледно-желтое брюхо и серое тело с характерными желтыми пятнами.

Так же показан хвост, который является органом, получающим электрический импульс и передающим его в тело жертвы.

Для проведения классного часа был разработан сценарий: я познакомила ребят с особенностями строения электрического ската, понятием электричества, а так же вместе с учащимися 3 класса в игровой форме мы заселили обитателей морского дна, в том числе и электрического ската. Электрические скаты- это придонные животные, родственники акул, которые питаются рыбой и ракообразными.

Третьим и окончательным этапом нашего проекта стало участие в научно-практической конференции в школе “Логос”. Данное мероприятие является важным аспектом обмена опыта между учащимися разных школ. А так же возможностью узнать новую информацию по разным предметам.

Рефлексия

Сильной стороной проекта было то, что в Интернете очень много информации на данную тему, однако поначалу нам было трудно понять, какую информацию стоит включать в свою работу, а какая является лишней и ненужной.

Нашей проблемой также было то, что у нас было очень ограниченно свободное время для работы над проектом. В ходе работы нам пришлось столкнуться с нехваткой необходимых материалов в магазинах.

Для нас работа над проектом была интересна, так как наличие дополнительных знаний по данной теме, приобретенных нами по ходу работы над проектом, пригодится нам во время получения высшего образования и дальнейшей работы.

Список использованных источников информации:

Электронные источники:

1) Электрический ток https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BA

2)Электрический заряд https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%80%D1%8F%D0%B4

3)Магнитное поле

http://sfiz.ru/page.php?id=62

4)Электромагнетизм

http://ency.info/materiya-i-dvigenie/elektrichestvo-i-magnetizm/442-elektromagnetizm

5)Электрическое поле

http://ency.info/materiya-i-dvigenie/elektrichestvo-i-magnetizm/416-elektricheskoe-pole

6)Электрические рыбы

http://www.nkj.ru/archive/articles/10425/

http://faunazoo.ru/kak-skaty-vyrabatyvayut-elektrichestvo

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D1%8B

Приложение 1. Календарное планирование

Декабрь 2016Январь 2017Февраль 2017
Сбор информации по темеСобирание необходимых для создания макета материаловРазработка презентацииРазработка сценария уроков для 3-х классовРабота над макетомРабота над макетомПодготовка к конференции

Приложение 2. Рецензия (биолог и физик)

Рецензия на проект по биологии

ученицы 7 класса «Гимназии «Жуковка» Галенко Александры

от руководителя проекта, учителя биологии, Зениной С.Ю.

Тема работы: «Электричество в живых организмах».

1. Данная работа характеризуется кратким исследованием теоретического материала о том, как продуцируют электричество живые организмы, как устроены электрические органы животных на примере электрического ската. Приводятся примеры животных, способных производить электричество и применять его в качестве охоты и защиты. Работа носит поисково-исследовательский характер.

2. Тема реферата была выбрана на открытии научно-практической конференции в школе «Логос». Каждый год там проходят конференции «Люди, изменившие мир». В этом году ими был выбран в качестве такого человека Н. Тесло.

Поэтому и возникла данная тема проекта. Более того, Саша изначально хотела метапредметный проект по физике и биологии. Проект получился больше биологическим.

Однако, неоднократно, Саша брала консультации у учителя физики Барановой Е.В.

3. Практическая значимость работы заключается в поиске информации, её анализе и компоновке. Материал работы понятен любому человеку, т.к. написана она доступным языком, не перенасыщена специальной терминологией и, в тоже время, весьма познавательна и полезна.

4.В работе использован материал из источников информации, обзор которых выполнен полно и качественно.

5. В работе, самое активное участие приняла Саша, но во многом ей помогала и мама.

6.В подаче материала (через презентацию) используются интерактивные компьютерные технологии и макет, созданный самой ученицей в соавторстве с учителем биологии.

7. Не смотря на то, что времени у нас было много, проект требовал кропотливой работы, так как макет ската приходилось по долгу сушить и покрывать новым слоем краски и лака.

Саша проявила себя, как самостоятельный и пунктуальный участник проекта. Она стабильно, посещала все консультации и выполняла домашнее задание по проекту. Она сама разработала конспект классного часа (урока) для 3 класса и успешно его провела.

Именно по этим причинам, работа заслуживает высокой оценки «отлично».

Источник: https://school-science.ru/4/1/1200

Электричество в живых организмах (стр. 1 из 2)

Электричество в живых организмах

Тема

«Электричество в живых организмах»

Что такое, кем открыто, что собой представляет электричество

Впервые на электрический заряд обратил внимание Фалес Милетский. Он провел эксперимент, потер янтарь шерстью, после таких простых движений янтарь стал обладать свойством, притягивать мелкие предметы. Это свойство больше походит не на электрические заряды, а на магнетизм. Но в 1600 году Гильберт установил различие между этими двумя явлениями.

В 1747 — 53 Б. Франклин изложил первую последовательную теорию электрических явлений, окончательно установил электрическую природу молнии и изобрёл молниеотвод.

Во 2-й половине 18 в. началось количественное изучение электрических и магнитных явлений. Появились первые измерительные приборы — электроскопы различных конструкций, электрометры. Г. Кавендиш (1773) и Ш.

Кулон (1785) экспериментально установили закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов (работы Кавендиша были опубликованы лишь в 1879).

Этот основной закон электростатики (Кулона закон) впервые позволил создать метод измерения электрических зарядов по силам взаимодействия между ними.

Следующий этап в развитии науки об Э. связан с открытием в конце 18 в. Л. Гальвани “животного электричества”

Главным ученым в изучении электричества и электрических зарядов является Майкл Фарадей. С помощью опытов он доказал, что действия электрических зарядов и токов не зависят от способа их получения.

Также в 1831 Фарадей открыл индукцию электромагнитную — возбуждение электрического тока в контуре, находящемся в переменном магнитном поле.

В 1833 — 34 Фарадей установил законы электролиза; эти его работы положили начало электрохимии.

И так, что же такое электричество. Электричество – это совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием электрически заряженных тел или частиц. Явление электричество можно встретить почти везде.

К примеру, если сильно потереть пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочки бумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. При трении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрический заряд. Само слово «электрический» происходит от латинского слова electrum, означающего «янтарь».

Откуда же берется электричество

Все окружающие нас объекты содержат миллионы электрических зарядов, состоящих из частиц, находящихся внутри атомов – основы всей материи. Ядро большинства атомов включает два вида частиц: нейтроны и протоны.

Нейтроны не имеют электрического заряда, в то время как протоны несут в себе положительный заряд. Вокруг ядра вращаются еще одни частицы – электроны, имеющие отрицательный заряд.

Как правило, каждый атом имеет одинаковое количество протонов и электронов, чьи равные по величине, но противоположные заряды уравновешивают друг друга. В результате мы не ощущаем никакого заряда, а вещество считается незаряженным.

Однако, если мы каким-либо образом нарушим это равновесие, то данный объект будет обладать общим положительным или отрицательным зарядом в зависимости от того, каких частиц в нем останется больше – протонов или электронов.

Электрические заряды влияют друг на друга. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются друг от друга.

Если поднести к предмету отрицательно заряженную леску, отрицательные заряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды, наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные заряды лески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске.

Этот процесс называется электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадает в электростатическое поле лески.

Что такое, кем открыто, что собой представляют живые организмы

Живые организмы — главный предмет изучения в биологии. Живые организмы не только вписались в существующий мир, но и изолировали себя от него при помощи специальных барьеров. Среда, в которой образовались живые организмы, является пространственно – временным континуумом событий, то есть совокупностью явлений физического мира, которая определяется характеристиками и положением Земли и Солнца.

Для удобства рассмотрения все организмы распределяются по разным группам и категориям, что составляет биологическую систему их классификации. Самое общее их деление на ядерные и безъядерные. По числу составляющих организм клеток их делят на одноклеточные и многоклеточные. Особое место между ними занимают колонии одноклеточных.

На все живые организмы, т.е. на растения и животные действуют абиотические факторы среды (факторы неживой природы), особенно температура, свет и увлажненность. В зависимости от влияния факторов неживой природы, растения и животных делят на различные группы и у них появляются приспособленности к влиянию этих абиотических факторов.

Как уже было сказано, живые организмы распределяются на большое количество. Сегодня мы рассмотрим живые организмы, на разделе их на теплокровных и хладнокровных:

с постоянной температурой тела (теплокровные);

с непостоянной температурой тела (хладнокровные).

Организмы с непостоянной температурой тела (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся). Организмы с постоянной температурой тела (птицы, млекопитающие).

Чем связаны физика и живые организмы

Понимание сущности жизни, ее возникновения и эволюции определяет все будущее человечества на Земле как вида живого. Конечно, в настоящее время накоплен огромный материал, осуществляется его тщательное изучение, особенно в области молекулярной биологии и генетики, есть схемы или модели развития, есть даже практическое клонирование человека.

Более того, биология сообщает множество интересных и важных подробностей живых организмах, упуская что-то принципиальное. Само слово «физика», по Аристотелю, означает «физис» – природа.

Действительно, вся материя Вселенной, а следовательно мы сами, состоит из атомов и молекул, для которых уже получены количественные и в целом правильные законы их поведения, в том числе и на квантово-молекулярном уровне.

Тем более, что физика была и остается важным фактором общего развития изучения живых организмов в целом.

В этом смысле физика как феномен культуры, а не только как область знания, создает наиболее близкое для биологии социокультурное понимание. Вероятно, именно в физическом познании отражены стили мышления.

Логико-методологические аспекты познания и самой естественной науки, как известно, почти целиком основаны на опыте физических наук.

Поэтому задача научного познания живого, может быть, и состоит в обосновании возможности применения физических моделей и представлений к определению развития природы и общества также на основе физических закономерностей и научного анализа получаемых знаний о механизме процессов в живом организме.

Как говорил еще 25 лет тому назад М.В.

Волькенштейн , «в биологии как науке о живом возможны только два пути: либо признать невозможным объяснение жизни на основе физики и химии, либо такое объяснение возможно и его надо найти, в том числе на основе общих закономерностей, характеризующих строение и природу материи, вещества и поля».

Электричество в различных классах живых организмах

В конце XVIII века знаменитые ученые Гальвани и Вольта обнаружили электричество у животных. Первыми животными, на которых ученые делали опыт, чтобы подтвердить свое открытие, были лягушки. На клетку воздействуют различные факторы внешней среды — раздражители: физические — механические, температурные, электрические;

Электрическая активность оказалась неотъемлемым свойством живой материи. Электричество генерирует нервные, мышечные и железистые клетки всех живых существ, однако наиболее развита эта способность у рыб. Рассмотрим явление электричество у теплокровных живых организмах.

РЫБЫ

В настоящее время известно, что из 20 тыс. современных видов рыб около 300 способны создавать и использовать биоэлектрические поля. По характеру генерируемых разрядов такие рыбы делятся на сильноэлектрические и слабоэлектрические.

К первым относятся пресноводные южноамериканские электрические угри, африканские электрические сомы и морские электрические скаты. Эти рыбы генерируют очень мощные разряды: угри, например, напряжением до 600 вольт, сомы – 350.

Напряжение тока крупных морских скатов невысоко, поскольку морская вода является хорошим проводником, но сила тока их разрядов, например ската Торпедо, достигает иногда 60 ампер.

Рыбы второго типа, например, мормирус и другие представители отряда клюворылообразных не излучают отдельных разрядов. Они посылают в воду серии почти непрерывных и ритмичных сигналов (импульсов) высокой частоты, этого поля проявляется в виде так называемых силовых линий.

Если в электрическое поле попадает объект, отличающийся по своей электропроводности от воды, конфигурация поля изменяется: предметы с большей проводимостью сгущают вокруг себя силовые лилии, а с меньшей – рассредоточивают.

Рыбы воспринимают эти изменения с помощью электрических рецепторов, расположенных у большинства рыб в области головы, и определяют местонахождение объекта. Таким образом эти рыбы осуществляют подлинную электрическую локацию.

Почти все они охотятся преимущественно ночью. Некоторые из них обладают плохим зрением, поэтому в процессе длительной эволюции и выработался у этих рыб такой совершенный способ для обнаружения на расстоянии пищи, врагов, различных предметов.

Приемы, используемые электрическими рыбами при ловле добычи и обороне от врагов, подсказывают человеку технические решения при разработке установок для электролова и отпугивания рыб.

Исключительные перспективы открывает моделирование электрических систем локации рыб.

В современной подводной локационной технике пока не существует систем поиска и обнаружения, которые работали бы по образцу и подобию электролокаторов, созданных в мастерской природы. Учеными многих стран ведется упорная работа по созданию подобной аппаратуры.

Источник: https://mirznanii.com/a/322427/elektrichestvo-v-zhivykh-organizmakh

Бывает ли электричество в живых организмах

Электричество в живых организмах

28 ноября 2019

Биоэлектричество относится к электрическим потенциалам и токам, которые возникают внутри живых организмов или производятся ими. Это результат преобразования химической энергии в электрическую.

Такие потенциалы генерируются рядом различных биологических процессов и используются клетками для управления метаболизмом, проведения импульсов по нервным волокнам, для регулирования мышечного сокращения.

У большинства организмов биоэлектрические потенциалы различаются по силе: от одного до нескольких сотен милливольт.

Наиболее важное различие между электричеством в живых организмах и типом электрического тока, используемого для производства света, тепла или энергии, заключается в том, что биоэлектрический ток представляет собой поток ионов (атомов или молекул, несущих электрический заряд), а стандартное электричество — это движение электронов.

Историческая справка

Биоэлектрические эффекты были известны с древних времён по активности таких электрических рыб, как нильский сом, электрический угорь. Сейчас измерение биоэлектрических потенциалов стало обычной практикой в ​​клинической медицине.

Но до XVII века европейские врачи и философы считали, что нервные импульсы передаются мозгу через какую-то органическую жидкость.

Эксперименты двух итальянцев, врача Луиджи Гальвани и физика Алессандро Вольта, показали, что истинное объяснение нервной проводимости — это биоэлектричество.

В XIX веке Эмиль Дюбуа-Реймон, изобрёл и усовершенствовал приборы, способные измерять очень малые электрические потенциалы и токи, генерируемые живой тканью.

Один из его учеников, немецкий учёный по имени Юлиус Бернштейн, полагался на гипотезу, что нервные и мышечные волокна поляризованы, с положительными ионами снаружи и отрицательными внутри, поэтому ток, который может быть измерен, — результат изменения этой поляризации.

В начале XX столетья несколько британских исследователей определили химические вещества, участвующие в передаче информации между нервами и мышцами.

Потенциал клеточной мембраны

Все клетки животных обладают электрическими свойствами, обусловленными способностью клеточной мембраны поддерживать неравные заряды внутри и снаружи клетки. Клеточная оболочка полупроницаемая, это означает, что она образует селективный барьер для ионов, являющихся электрически заряженными атомами.

Таким образом, через мембрану накапливается две формы энергии:

  • химическая (разница концентрации ионов);
  • электрическая.

Клетки, способные к электрической активности, показывают потенциал покоя, равный примерно 50 милливольтам.

Когда клетка активирована, потенциал покоя может внезапно измениться, результат — внешняя её сторона становится отрицательной, а внутренняя — положительной.

Это состояние сохраняется короткое время, после чего всё возвращается в исходное положение покоя, так что «источник дипольного тока» существует очень маленький период времени.

Эти токи, возникающие внутри активной мембраны, функционально значимы близко к месту их происхождения, но некоторые живые существа, такие как рыбы и медузы, эволюционно адаптировали этот случайный ток для фактического использования.

Вырабатывающие электричество организмы обзавелись специальными органами, способными генерировать значительные разряды до 1 тыс. вольт, например, электрический скат.

Кто-то из них пользуется своими способностями для самообороны, а для кого-то это способ добывать еду.

Электричество в организме человека

Все клетки используют свои биоэлектрические потенциалы, чтобы контролировать метаболические процессы, но некоторые специально используют токи для отличительных физиологических функций: нервные и мышечные клетки.

Информация переносится импульсами (называемыми потенциалами действия), проходящими по нервным волокнам. Подобные импульсы в мышцах сопровождают мышечные сокращения.

Среди других клеток, где специализированные функции зависят от поддержания биоэлектрических потенциалов, есть:

  • рецепторы, чувствительные к свету, звуку, прикосновению;
  • клетки, которые выделяют гормоны или другие вещества, участвующие в общем метаболизме.

Как дополнение к потенциалам, возникающим в нервных или мышечных клетках, науке известны относительно устойчивые или медленно меняющиеся потенциалы. Они возникают:

  • там, где клетки были повреждены;
  • когда большой орган непарный (полушария мозга, разные участки кожи);
  • при активной работе железы (фолликулы щитовидки);
  • специальных структурах во внутреннем ухе.

В организме человека накапливается и статическое электричество. Когда электронам некуда деваться, заряд накапливается на поверхностях до тех пор, пока он не достигнет критического максимума и не разрядится крошечной молнией. Хотя возникающая внезапная мышечная реакция неприятна, обычно она безвредна.

Биоэлектричество — одна из основных форм энергии в организме человека. Движущиеся потенциалы действия — это основа для центральных функций организма, от которых зависит:

  • проводимость двигательных, вегетативных или сенсорных сообщений по нервам;
  • сокращение мышц;
  • функция мозга.

В частности, двигательные нервные сигналы приводят к сокращению мышц, вегетативные — контролируют дыхание и сердцебиение, сенсорные — собирают всю информацию из внешнего мира, включая предупреждения о повреждениях организма (боль).

Измеряя биоэлектрические потенциалы в органах и тканях, люди сейчас могут диагностировать такие заболевания, как инфаркт миокарда, а также создавать беспроводные биоэлектрические записывающие устройства, которые используются в кибермедицине.

Источник: https://altenergiya.ru/novosti/byvaet-li-elektrichestvo-v-zhivyx-organizmax.html

Живое электричество

Электричество в живых организмах
sunely_talesЭлектричество – достояние не только нашей цивилизации, рыбы научились использовать его задолго до появления людей. Электрический скат, угорь и еще представители более чем 300 видов имеют электрические органы, которые представляют собой видоизмененные мышцы.

Эти органы способны генерировать импульсы до 5 киловатт и разность потенциалов до 1200 вольт, что может быть крайне опасно для людей. Рыбы используют эти органы по-разному: для охоты, для привлечения жертв, для навигации и даже для генерации кислорода из воды, чтобы дышать.

Нильский слоник и амазонская рыба-нож используют электрические органы только для навигации, подобно тому, как летучие мыши ориентируются с помощью эхолокации.  Они создают вокруг себя слабое электрическое поле и объект, попадающий в него, вызывает искажение, которое зависит от его проводимости.

Эти искажения рыбы считывают с помощью электрорецепторов на коже и интерпретируют для построения маршрута. Чем-то напоминает металлоискатель.

Электрические угри – пресноводные рыбы, они способны генерировать самые мощные электрические разряды, конечно, такая мощь используется как оружие для отпугивания хищников и оглушения жертв.

Угри стали особенно популярны в Викторианскую эпоху, когда у ученых проснулся интерес к электричеству. Электрический сом, тоже пресноводный обитатель и подобно угрю использует этот орган как оружие.

Благодаря электрическим разрядам, который разлагает молекулы воды на кислород и водород, вода вокруг этих рыб обогащена кислородом, что дополнительно привлекает потенциальных жертв. Разряды этих пресноводных хищников опасны для людей, убить может и не убьют, но будет очень больно.

Электрический скат – морской житель, имеет крайне слабое зрение, что компенсирует электрорецепцией, помимо ориентирования электрическими разрядами эти хрящевые рыбы могут убить достаточно крупную жертву. Тоже весьма опасны.

Это лишь самые известные обладатели электрических органов, однако их разнообразие по истине огромно и крайне интересно.

Электрические органы оказались настолько полезны, что за время существования рыб эволюционно возникали независимо 6 раз (согласно последним генетическим исследованиям, опубликованным в Science)! Но, несмотря на это, группы генов, вовлеченные в формирование электроцитов (клеток, отвечающих за генерацию электричества) очень схожи у всех видов, другими словами они использовали те же самые генетические инструменты, чтобы на клеточном уровне на ранних этапах развития преобразовать мышечные клетки в специфические структуры электрического органа. Все мышечные клетки (не только рыб) обладают электрическим потенциалом, и при сокращении можно фиксировать небольшое электрическое напряжение на поверхности тела. Именно эту разность потенциалов измеряют, когда, например, снимают электрокардиограмму. Порядка 100 млн лет назад рыбы научились преумножать этот потенциал, превращая мышечные клетки в гораздо большие по размеру электроциты. Вместе эти клетки способны генерировать весьма мощные заряды.

(Lindsay Block  a.k.a. bionic woman)

Подобные исследования имеют и прикладную ценность.

Если мы будет понимать, как происходит образование электроцитов на молекулярном уровне, то сможем использовать это в биотехнологии для создания «живых батарей», от которых могут работать бионические протезы и другие медицинские приборы, улучшающие качество жизни людей. Только подумать – электроника, которую запитывает само человеческое тело, и не надо никаких батареек!

sunely_talesКак бы нам не рисовали ситуацию фильмы, но основная угроза жизни и здоровью космонавтов (а так же астронавтов, тайконавтов и всех примыкающих) невидима – это излучение. Потоки частиц и излучения от вспышек Солнца и из космоса постоянно пронизывают пространство. Энергия отдельных частиц может превзойти энергию БАК и понятно, что на здоровье это положительно не сказывается – поражающие воздействия на ДНК и ткани организма чаще всего бывают необратимы и фатальны.

Быть может, кто-то спросит: а как же орбитальная станция, о таких проблемах там не сообщают? И действительно, орбитальная станция надежно защищена магнитным полем Земли.

Однако, если путешествовать потребуется несколько дальше, пусть даже на Луну, то встает вопрос, чем же защитить людей от жестокой космической среды? Существует, конечно, вариант летать по ночам 🙂 , но до луны пока лететь трое суток, так что он пока недоступен.

Более-менее нормально ситуация обстоит во время спокойного Солнца, но в моменты вспышек количество частиц и их энергия возрастают многократно.

К слову, миссии Аполлон просто чудом не попали под воздействия солнечных вспышек, случись такое и результат их мог быть стать плачевным. Собственно, именно поэтому не приходится говорить в серьез о пилотируемых миссиях на Марс.

Одним из первых и очевидных способов защиты является физическое экранирование. Надо ли говорить, что этот подход малоэффективен с точки зрения космоса: сильно утяжеляет конструкцию космического аппарата, не дает гарантированной защиты. Разрабатываются и другие методы, например, был предложен концепт корабля, на расстоянии от которого будут расположены две заряженные сферы – положительная и отрицательная, которые должны притягивать на себя заряженные частицы.Разумеется, никто не забывал об идее воссоздать магнитное поле, наподобие земного вокруг космического корабля, но довольно долго считалось, что требуется очень большая энергия для создания такого поля.Как это ни странно – идею подали наблюдения луны. Как известно, магнитное поле Луны очень слабо – всего лишь несколько сот наноТесла (да, это звучит эпично!) против 40 000 наноТесла у Земли. И в то же время на Луне можно отчетливо наблюдать светлые области, области на которые не попадают высокоэнергетические частицы.Это и натолкнуло команду Рут Бэмфорд на интересное умозаключение, что существует какой-то механизм, который позволяет даже слабому магнитному полю создавать эффективную защиту от космической радиации. По мнению Рут, всё дело в том, что в космосе так же находится постоянно некоторое количество заряженных частиц. Их количество настолько мало, что его никогда не принимали в расчетах. В то же время, даже небольшое магнитное поле, двигаясь в космосе, способно «насобирать» такие частицы и создать достаточно плотную область плазмы перед собой, а эта плазма, в свою очередь, обладает своим электромагнитным полем, которое оказывается достаточным, чтобы отклонить летящие на неё заряженные частицы.Как верно подмечают исследователи, совсем не обязательно пытаться остановить поток заряженных частиц, летящих на корабль – это потребовало бы значительных затрат энергии, гораздо эффективнее просто его отклонить.Согласно их концепции, защита космического корабля должна работать следующим образом – по сигналу тревоги о солнечной вспышке включается магнитное поле. После этого в открытый космос выпускается 0,5 кг Ксенона, который под действием излучения ионизуется и превращается в ту самую защитную плазму. Симуляция показывает, что система должна оказаться достаточно эффективной, чтобы создать защищенную от излучения область, а такого количества Ксенона должно хватить на 2-3 солнечные вспышки. Данное исследование открывает двери не только к пониманию того, как при помощи магнитного поля защититься от космической радиации, но и буквально двери в далекий космос, делая его гораздо менее опасным для человека, что особенно актуально сейчас, в эпоху зарождения космического туризма.

[Дизайн защищенного космического корабля]

Публикация статьи: An Exploration Of The Effectiveness Of Artificial Mini-Magnetospheres As A Potential Solar Storm Shelter For Long Term Human Space Missions

Page 3

sunely_tales

Наткнулась на интересную заметку. Лужайки – это здорово, по ним приятно ходить, сидеть на них, хочется организовать пикник или просто прилечь под деревом и почитать книгу, а может даже и подремать. Те из нас, кто осчастливлен загородным жильем, тоже стали задумываться про красивые газоны и о том, сколько труда уходит для их поддержания.

В США, многие эм.. как перевести neighborhood? Пусть будет сообщество соседей. Так вот, многие соседские сообщества в США устанавливают правила проживания, что, в общем и целом, выглядит логично – туда могут входить принцип звонка в полицию при появлении любого незнакомого человека, запрет на громкую музыку после 11 pm в будни и требования к поливу газона на своем участке.

Интересно другое, что, даже по официальным данным, Калифорния и другие южные штаты (государства?) страдают от засухи:(Чем темнее, чем сильнее засуха, самые темные пятна какраз приходятся на Калифорнию)

На фоне таких данных поневоле задумываешься, что красивая жизнь часто существует за счет завтрашнего дня. Поэтому художница и жительница Калифорнии Кэти МакКисик (Katie McKissick) создала дизайн для нескольких забавных нашивок, чтобы люди, которые действительно заботятся о сохранении воды, могли рассказать об этом окружающим:

Мой газон полностью высох. Потому что мне не всё равно.

Моя машина грязная. Потому что мне не всё равно.Я выключаю воду. Потому что мне не всё равно.Возможно я даже перестану мыться. Настолько мне не всё равно.

Это напомнило мне истории про бережливых немцев, некоторые из которые умышленно предпочитают носить воду в ведрах. И что-то мне подсказывает что они и Кэти окажутся правы в конце-концов.

Page 4

sunely_tales

Сон – занятная штука. В древней Греции ему придавали особое значение, у него был свой бог – Гипнос, а так же трое сыновей-богов Морфей, Икел и Фантас. В новейшей истории на сон смотрят как на бесполезно потраченную треть жизни и пытаются его уменьшить.

Существуют даже методики многофазного сна, призванные уменьшить потребность такого времяпрепровождения. По слухам, те, кому пришлось пожить в таком режиме, говорят, что это ужасно.

Не лучше приходится военным, для которых сон – это враг, а бедные космонавты вообще наблюдают по 16 восходов за одни сутки, что, разумеется, не сказывается благоприятно на их суточных ритмах.

Наполеон, как говорят, спал в сутки по 4 часа и утверждал, что: «4 часа спят мужчины, 5 часов – женщины, 6 часов – идиоты». По преданию мало спали Леонардо да Винчи и Юлий Цезарь, а Эйнштейн, наоборот, тратил до 11 часов. Список можно продолжать довольно долго, но некоторое время назад был открыт ген, который влияет на необходимое время сна, так что всё очень индивидуально.

В то же время, мы не существуем отдельно, мы живем в мире, где принято ходить на работу и делать это с утра. Если смотреть в целом, то мы живем в мире «жаворонков». Интересно то, что существует даже исследование, согласно которому «совы» богаче и умнее «жаворонков».

На мой взгляд, это может быть следствием естественного отбора – выживали только те совы, которые могли конкурировать с жаворонками в их мире. Так что известная пословица про ранне пробуждение не права :-).

И если измерять богатство ум по часам сна, то кошачьи нас серьезно опережают.

Дополняют эту картину новые исследования, в которых сравнивается расписание сна‑бодрствования у молодых (18-35 лет) Англичан и жителей Сингапура. В расписании действительно выявлены различия – представители западного общества спят по 7-8 часов, в то время как восточное общество тратит на сон менее 7 часов, потому что люди ложатся спать позже, обычно после полуночи.

Самое интересное, что исследователи указывают на то, что различие в естественном освещении не является фактором, который вызывает такой сдвиг. Причина, вероятно, кроется в социальных причинах, таких как работа или учеба. Вот так, совершенно незаметно, на уровне целых стран, оказывается, существует устойчивый паттерн расписания сна. Остается только фантазировать, как много в нашей жизни определяется обществом.

Page 5

?

|

sunely_talesПодобные планеты уже не новость. Я помню, как первое такое открытие поставило точку в вопросе возможности существования планет в сложных системах. Разумеется, в тот момент многие обрели надежду на то, что в системе Альфа Центавра есть планеты и, через некоторое время, это было подтвреждено наблюдениями.

Новое открытие расширяет наши представления о том, какими могут быть планеты в бинарных системах.

Эта землеподобная планета, массой в две земных и находится на расстоянии ~1 астрономической единицы, и такое такие параметры вместе зафиксированы впервые. Её звезда относится к спектральному классу М и тусклее Солнца приблизительно в 400 раз, что делает этот мир существенно холоднее земного – температура на поверхности около 60К, что сравнимо с Европой.

Однако легко представить, подобную систему и с более яркими звездами. Вторая звезда (тоже М карлик) в паре находится достаточно компактно, если сравнивать с солнечной системой, то где-то на месте Сатурна (около 15 астрономических единиц).

Особенно занятно, что открытие сделали методом микролинзирования, вернее по изменению картинки микролинзирования из-за перемещения планеты по орбите. Что открывает новые возможности для поиска планет.Огромное число звезд, подобных Солнцу, находится в бинарных системах. И с каждым новым подобным открытием мы понимаем, что планеты это не исключение, а, скорее, правило.

Возможно, когда-нибудь мы будем говорить такое и про жизнь во вселенной.

Ссылка на публикацию: http://www.sciencemag.org/content/345/6192/46

Источник: https://sunely-tales.livejournal.com/19621.html

Vse-referaty
Добавить комментарий