В живой ткани нет свободных электронов и поэтому она не может быть уподоблена металлическому проводнику, электрический ток в котором представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.
Большинство тканей тела человека содержит значительное количество воды (до 65% по весу). Поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит, т. е. раствор, разлагающийся химически при прохождении по нему тока, и, таким образом, считать, что она обладает ионной проводимостью. Иначе говоря, можно полагать, что перенос электрических зарядов в живой ткани осуществляется не свободными электронами, как это имеет место в металлических проводниках, а заряженными атомами или группами атомов — ионами.
В живой ткани имеет место явление межклеточной миграции (перемещения) энергии, т. е. резонансный перенос энергии электронного возбуждения между возбужденной и невозбужденной клетками. Поэтому можно предположить, что живая ткань обладает также электронно-дырочной проводимостью, свойственной полупроводникам, в которых перенос зарядов осуществляется электронами проводимости и дырками.
Таким образом, тело человека можно рассматривать как проводник особого рода, имеющий переменное сопротивление и обладающий в какой-то мере свойствами проводников первого рода (полупроводники) и второго рода (электролиты).
Ткани организма, как проводники электричества второго рода
Под прохождением электрического тока через вещество подразумевают направленное движение (перенос) электрических зарядов. В зависимости от природы их носителя различают проводники первого рода и проводники второго рода.
В проводниках первого рода перенос электрического заряда осуществляется за счет направленного движения электронов. К ним относятся главным образом сплавы металлов, металлы и их расплавы.
В проводниках второго рода перенос электрического заряда осуществляется за счет направленного движения ионов. К ним относятся все электролиты. Причем в большинстве случаев используются растворы или расплавы данных соединений, так как именно в таких системах за счет действия растворителя или высокой температуры образуются в достаточных количествах свободные ионы, способные перемещаться под действием внешнего электрического поля.
Способность вещества проводить электрический ток количественно характеризуется электропроводностью L, которую можно предсказать как величину, обратную сопротивлению проводника R:
где ρ – удельное сопротивление; — удельная электрическая проводимость; S – площадь сечения проводника; l – длина проводника.
Электрическая проводимость в растворах электролита зависит от числа ионов в объёме раствора между электродами и скорости их движения.
Для оценки проводимости растворов и влияния на неё различных факторов применяют две величины: удельную (Χ) и молярную (λ) электрическую проводимость.
Удельной электрической проводимостью (Χ) называют электропроводность раствора, находящегося между параллельными электродами площадью 1 см 2 , расположенными на расстоянии 1 см (измеряется в См×см-1 или См×м -1 ).Удельная электрическая проводимость раствора электролита зависит от природы электролита, концентрации раствора и температуры.
Молярная электрическая проводимость – мера электрической проводимости всех ионов, образующихся при диссоциации 1 моля электролита при данной концентрации.
Молярная электрическая проводимость равна электрической проводимости такого объёма (V,см 3 ) раствора, в котором содержится 1 моль растворённого электролита, причём электроды расположены на расстоянии 1 см друг от друга.
Из определения удельной и молярной электрических проводимостей следует, что они связаны соотношением:
где С – концентрация, моль/дм 3 ; λ – молярная электрическая проводимость, См×см 2 /моль; Χ – удельная электрическая проводимость, См/см.
Молярная электрическая проводимость слабых электролитов меньше, чем сильных; так как даже при низких концентрациях степень диссоциации слабых электролитов мала (α‹1). Следовательно, несмотря на то, что в объёме раствора, заключённого между электродами, содержится 1 моль электролита, переносчиков электрического тока – ионов в данном объёме меньше, чем в растворе сильного электролита. Повышение молярной электрической проводимости слабых электролитов при разбавлении растворов связано с увеличением степени диссоциации.
Для слабых электролитов отношение молярной электропроводности раствора при данном разбавлении (λ) к молярной электропроводности при бесконечно большом разбавлении (λº) характеризует истинную степень электролитической диссоциации. Степень диссоциации электролита в растворе заданной концентрации можно рассчитать, измерив молярную электрическую проводимость этого раствора и зная λº.
Читайте также: Поделки руки деда мороза из тканей своими руками
У слабых электролитов с разбавлением раствора увеличивается степень электролитической диссоциации и молярная электропроводность; константа же диссоциации при неизменной температуре остаётся постоянной величиной (закон разбавления Оствальда). Константа диссоциации Кдис, α, λ и концентрация (разбавление) подобных растворов связаны между собою следующими уравнениями:
где V=1/C – разбавление раствора, л/г-экв.
Для сильных электролитов, диссоциирующих полностью (α=1),
Уменьшение молярной электрической проводимости при переходе от бесконечно разбавленного раствора к растворам конечных концентраций у сильных электролитов связано только с уменьшением скоростей движения ионов. Сильные электролиты не подчиняются закону разбавления.
Биоткани — это проводники II рода.
При прохождении постоянного тока через тело человека возникает постоянное электрическое поле, т.е. человеческий организм становится сложным электрическим проводником. Организм в целом, а также его различные ткани представляют собой сложный электролитический раствор. Величина электропроводности зависит от содержания в тканях жидкости.
Жидкие среды организма: кровь, лимфа, моча, спинномозговая жидкость — обладают наибольшей электропроводностью.
К хорошим проводникам также относятся внутренние органы и мышечная ткань, а к плохим — кость, жировая ткань. Большим сопротивлением проводимости обладает кожа, особенно ее роговой слой. В коже ток проходит в основном через протоки потовых и сальных желез, межклеточные пространства эпидермиса.
Дайте определение проводников электрического тока и диэлектриков. Какие ткани тела человека можно отнести к проводникам электрического тока и к диэлектрикам?
Контрольная работа №2
Дайте определение проводников электрического тока и диэлектриков. Какие ткани тела человека можно отнести к проводникам электрического тока и к диэлектрикам?
Проводники – это вещества и материалы, которые хорошо проводят электрический ток. Проводниками являются металлы, водные растворы солей (например, поваренной соли), кислот и щелочей. Хорошая электрическая проводимость проводников объясняется наличием в них большого количества свободных заряженных частиц. Так, в металлическом проводнике часть электронов, покинув атомы, свободно перемещается по всему его объему, и количество таких электронов достигает в см 3 . Влажная земля, тела людей и животных хорошо проводят электрический ток, так как содержат вещества, являющиеся проводниками.
Диэлектрики – это вещества, которые плохо проводят электрический ток. Диэлектриками являются некоторые твердые вещества (эбонит, фарфор, резина, стекло и др.), некоторые жидкости (дистиллированная вода, керосин и др.) и некоторые газы (водород, азот и др.). В диэлектриках почти отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому диэлектрики практически не проводят электрический ток.
Биологические ткани являются хорошим проводником электрического тока. Проводимость тела человека (его электрическое сопротивление) является переменной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов. Ткани содержат значительное количество воды (кость – 22%, жир – 30%, мышцы –70%, внутренние органы – 71-88%, печень, мозг – 76-86%, кровь – 92%, секреты — желудочный сак, молоко, пот – 90-99%), и растворённые в ней соли образуют электролиты, которые переносят электрические заряды в виде ионов, заряженных атомов и молекул.
Нервные стволы обладают самой высокой степенью проведению электрического тока. Затем идут сосуды, наполненные жидкостями: кровью и лимфой. Низкочастотные токи поэтому используют при лечении центральной и периферической нервной системы.
Если человек попадает под провод высоковольтного тока, то он пройдет вдоль потоков лимфатической жидкости и кровеносных сосудов, а также по оболочкам нервных стволов. Гладкая мускулатура внутренних органов — плохой проводник тока, а соединительная и костная ткань, сухая кожа вообще его не проводят.
Поэтому при ударе тока может пострадать жизненно важные органы, которые зависят от работы кровеносных сосудов и центральной нервной системы. К ним относятся: сердце, спинной мозг, органы дыхания.
Читайте также: Виды мембранной ткани для верхней одежды
Перечислить факторы, влияющие на количество лекарственного вещества, которое может всосаться в ткани из раствора при проведении процедуры электрофореза. От чего зависит форетическая активность ионов лекарственных веществ? Пути проникновения лекарственного вещества в организм человека.
Барьерные свойства кожи препятствуют свободному передвижению лекарственных ионов, как это имеет место в растворах, а поэтому при чрезкожном электрофорезе в организм вводится лишь небольшая часть нанесенного на прокладку лекарственного вещества. Для различных веществ эта величина существенно колеблется (от 1 до 10 %), но чаще составляет 4-6 %. На количество вводимого электрофорезом лекарства влияют многие факторы: возраст пациента, место проведения процедуры, состояние кожи, концентрация вещества в растворе, используемый растворитель, знак заряда и размеры вводимых ионов, сила тока и продолжительность процедуры. При прочих равных условиях при электрофорезе через слизистые оболочки в организм вводится на 25-50 % лекарства больше, чем через кожу.
Форетическая активность ионов лекарственных веществ зависит как от их структуры, так и от степени электролитической диссоциации. Она неодинакова в различных растворителях и определяется диэлектрической проницаемостью. Наибольшей подвижностью в электрическом поле обладают лекарственные вещества, растворенные в воде (с=81). Для диссоциации веществ, не растворимых в воде, используют водные растворы диметилсульфоксида (ДМСО, е=49), глицерина (е=43) и этилового спирта (е=26). Необходимо подчеркнуть, что введение лекарственных веществ в ионизированной форме существенно увеличивает их подвижность и фармакологический эффект. С усложнением структуры лекарственного вещества его форетическая подвижность существенно уменьшается.
Форетируемые лекарственные препараты проникают в эпидермис и верхние слои дермы. Их слабая васкуляризация приводит к накоплению лекарственных веществ в коже, из которой они диффундируют в интерстиций, фенестрированный эндотелий сосудов микроциркуляторного русла и лимфатические сосуды. Период выведения лекарственного вещества из кожного депо составляет от 3 часов до 15-20 суток. Следовательно, образование кожного депо обусловливает продолжительное пребывание лекарственных веществ в организме и их пролонгированное лечебное действие.
При электрофорезе лекарственные вещества в организм проникают через выводные протоки потовых и сальных желез, межклеточные промежутки, волосяные фолликулы и в меньшей степени — чресклеточно. Патологические процессы и терапевтические воздействия, способствующие разрыхлению межуточного вещества и повышению пористости кожи, ведут к увеличению количества вводимого электрофорезом лекарства.
Во время процедуры лекарственные вещества проникают неглубоко: сразу после элекрофореза основная часть лекарства обнаруживается в эпидермисе и дерме. Более глубокому проникновению лекарств препятствуют барьерные свойства кожи, в особенности ее электрохимическая активность. Разумеется, от процедуры к процедуре глубина электрогенного перемещения вводимого препарата возрастает. К тому же следует иметь в виду, что за счет диффузии часть лекарственных веществ быстро достигает кровеносных и лимфатических сосудов, разносясь ко всем органам и тканям
Проводники, изоляторы и полупроводники
Любое тело состоит из молекул и атомов. Атом включает в себя отрицательно заряженные электроны и положительно заряженное ядро. Электроны в атоме совершают орбитальные вращения вокруг ядра. В том случае, если сумма отрицательно заряженных электронов равна положительному заряду, то атом считается электрически нейтральным. В таблице Менделеева порядковый номер элемента определяется числом электронов атома с нейтральным зарядом. Электрический заряд электрона равен -1,6*10 -19 Кл. Заряд ядра по абсолютному значению равен заряду электрона, умноженному на число электронов атома с нейтральным зарядом.
Электроны атомов, как правило, расположены на внешних или внутренних орбитах. Те электроны, что расположены на внутренних орбитах, относительно прочно связываются с ядром атома. Валентные электроны, т.е. те, которые находятся на внешних орбитах, могут отрываться от атома и находиться в «свободном» состоянии до тех пор, пока не присоединятся к новому атому. Атом, у которого отсутствует какое-либо количество электронов называется ионом с положительным зарядом. А вот атом, к которому присоединились электроны, называется ионом с отрицательным зарядом.
Читайте также: Домашний коврик из полосок ткани своими руками
Процесс формирования ионов называется — ионизацией.
Количество «свободных» ионов или электронов, т.е. частиц, переносящих заряд, в единице объема вещества называют концентрацией носителей заряда.
Электрический ток — это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных частиц.
Электропроводность — это способность вещества, под действием электрического поля, проводить через себя электрический ток.
Чем выше концентрация носителей заряда в веществе, тем больше его электропроводность. В зависимости от способности проводить электрический ток, вещества разделяют на 3 группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.
Проводники электрического тока
Проводники — это вещества с высокой электропроводностью. Проводников бывает 2 типа: с электронной проводимостью и ионной проводимостью. К электронной проводимости относятся металлы и их сплавы. В металлах электрический ток создается перемещением электронов. Проходящий через такие проводники ток никак не сказывается на материале и не изменяет его химическую составляющую.
Высокий уровень электропроводности металлов обусловлен тем, что в них много «свободных» электронов, находящихся в состоянии беспорядочного движения и заполняющие объём проводника словно газ. При таком активном движении электроны сталкиваются с ионами неподвижной кристаллической решётки, состоящей из атомов вещества. В следствии чего электроны изменяют направление движения, скорость и свою кинетическую энергию.
Если в проводнике 1-го типа есть электрическое поле, то на заряды проводника действуют силы этого поля, упорядочивая их движение. Свободные электроны двигаются не в хаотическом порядке, а в одном направлении противоположно направлению поля (от минусовой клеммы к плюсовой). Данное упорядоченное движение свободных носителей заряда под действием электрического поля является — электрическим током (проводимости).
Проводники 2-го типа представляют собой растворы или расплавы солей, кислот, щелочей и т. п. в которых не завися от прохождения тока наблюдается электролитическая диссоциация.
Электролитическая диссоциация — это процесс распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы.
Положительные ионами выступают водород и ионы металлов. Отрицательные — гидроксильная группа и кислотные остатки.
Данные растворы или расплавы состоящие из ионов, частично или полностью, называются электролитами. Без воздействия внешнее электрическое поля, молекулы и ионы такого проводника будут находиться в состоянии хаотического движения.
При возникновении в таком проводнике электрического поля, движение ионов приобретает направленное упорядоченное движение, т. е. через проводник протекает ток (проводимости). Положительные ионы двигаются по направлению поля, а отрицательные против.
Полупроводники
Полупроводники — это вещества, электропроводность которых зависит от температуры, освещенности, электрических полей и примесей. К таким материалам относят: кремний, теллур, германий, селен, соединения металлов с серой и окислы металлов. Полупроводники отличаются еще и тем, что кроме электронной проводимости имеют и дырочную электропроводность. Дырочная электропроводность вызывается движением «дырок» из-за влияния электрического поля. «Дырки» — это свободные места в атомах, которые не заняты валентными электронами. Это подобно тому, что положительно заряженные частицы перемещаются так же, как и заряды, равные зарядам электронов. На сегодняшний день, использование полупроводников широко распространено в разных устройствах и приборах, например, в фоторезисторах и полупроводниковых диодах.
Электрические диэлектрики
Диэлектрики — это те вещества, в которых при нормальных условиях очень малое количество свободных электрически заряженных частниц. В следствии чего они обладают низкой электропроводностью. К диэлектрикам относятся газы, минеральные масла, лаки и твердые материалы (кроме металлов). Однако, если на диэлектрик будет действовать высокая температура или сильное электрическое поле, то начнется расщепление молекул на ионы, которые потеряют вследствие этого воздействия свои изолирующие свойства.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом