Всегда считалось, что ткани живых организмов плохо проводят свет. Так, по современным оценкам, в зависимости от своего цвета (спектрального состава) при освещении кожи человека свет проникает вглубь лишь на 20—30 миллиметров. Экспериментально установлено, что в большинстве живых тканей (в том числе и подкожных слоев) световой луч независимо от угла падения распространяется равномерно по всем направлениям. Все опыты свидетельствовали о том, что вследствие неоднородности клеточной структуры свет сильно рассеивается, проходя через живую ткань.
Поэтому эксперименты, проведенные в Институте клинической и экспериментальной медицины Сибирского отделения Академии медицинских наук СССР, на первый взгляд выглядят ошеломляюще. Перпендикулярно различным участкам поверхности человеческого тела направляется луч света. В качестве светового источника использовалась лампа накаливания, а на пути луча в различных опытах устанавливались разные световые фильтры, позволявшие регулировать спектральный состав. Велико же было удивление исследователей, когда на неосвещенных участках кожи, отстоящих от светового пятна на расстоянии вплоть до 10 сантиметров, удалось зафиксировать световой сигнал, прошедший под кожей человека. (Его уровень регистрировался фотометрической приставкой к люминесцентному микроскопу с фотоэлектронным умножителем.)
В результате таких опытов выяснилось, что далеко не все участки кожной поверхности способны активно проводить падающий на нее свет. Светочувствительные участки совпадали с выходами на кожу каналов акупунктуры, описанных под названием «меридианы» несколько тысячелетий назад древними китайскими лекарями. Согласно их учению в теле человека существует 14 меридианов. Каждый из них начинается на определенном участке кожи (акупун-ктурной точке), потом проникает в глубь организма, где проходит через несколько органов, после чего опять выходит на поверхность кожи уже в другом месте. И хотя древний китайский метод иглоукалывания, заключающийся в воздействии на акупунктурные точки, а через них и на внутренние органы человека, прочно вошел в медицинскую практику, механизм такого воздействия до сих пор неясен.
Эксперименты новосибирских ученых показали, что свет хорошо проходит только между точками одного канала акупунктуры. Смещение источника света даже на 3—4 миллиметра в сторону от точки акупунктуры приводило к тому, что сигнал на светоприемном устройстве мгновенно исчезал. При этом выяснилось, что свет различного спектрального состава обладает разной проникающей способностью. Лучше всего проходит белый свет (смесь всех цветов), потом в порядке убывания идут красный и синий, а хуже всего проходит зеленый свет.
Похожий опыт поставили недавно и американские ученые Дина Ф. Мандоли и Уинслоу Р. Бриггс. Они изучали прохождение света по стеблям растений, освещая один конец ростка овса красным гелий-неоновым лазером. Исследователи обнаружили, что стебли овса проводят свет на расстоянии до 4,5 сантиметра. Прохождение света можно наблюдать невооруженным глазом, но, кроме того, оно надежно фиксировалось фотоэлектронным умножителем, расположенным у неосвещенного конца стебля. Самым парадоксальным было то, что свет проходил по стеблю и тогда, когда последний был в изогнутом состоянии.
Опыты сибирских и американских ученых показывают, что при облучении определенных мест живых организмов свет может проходить аномально большие расстояния, причем только по избранным «маршрутам». Это наталкивает на мысль о существовании в живых организмах системы световодов или оптических волокон.
Читайте также: Синтека это что за ткань
У растений нет ничего похожего на нервную систему, и, быть может, иногда ее роль играют световоды. В человеческом же организме оптическая система, возможно, служит одним из наиболее древних механизмов регуляции, который сохранился с ранних ступеней эволюции, с тех времен, когда у живых организмов еще не было нервной системы. Но тогда у современного человека оптическая система выглядит атавизмом, хотя, кто знает, не «подстраховывает» ли она некоторые функции нервной системы?
Электролитическая поляризация клетки. Прохождение постоянного тока через живые ткани. Действие постоянного тока на организм животных. Электрофорез лекарственных веществ
Конспект лекция по физике и биофизике для студентов ФВМ НИСПО заочной формы обучения.
Составила к.б.н., доцент Соколовская Светлана Николаевна.
Лекция 3. Электричество
Электрический заряд. Элементарный электрический заряд. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.
Электростатическое поле (СЭП). Напряженность поля. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов.
Потенциал электростатического поля. Потенциал поля точечного заряда и системы точечных зарядов.
Проводники в электростатическом поле. Электростатическая защита. Заземление электроустановок.
Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость вещества. Диэлектрические свойства тканей организма и изменение диэлектрической проницаемости ткани при патологии.
Электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Электрический ток в металлах. Закон Ома. Сопротивление. Тепловое действие тока. Электронагревательные устройства в промышленном животноводстве и птицеводстве.
Электрический ток в электролитах. Законы Фарадея для электролиза.
Электролитическая поляризация клетки. Прохождение постоянного тока через живые ткани. Действие постоянного тока на организм животных. Электрофорез лекарственных веществ.
- Электрический заряд. Элементарный электрический заряд. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда.
Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.
Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.
Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:
· Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.
· Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.
· Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.
Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда.
В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:
Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.
С современной точки зрения, носителями зарядов являются элементарные частицы. Все обычные тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e.
| e = 1,602177·10 –19 Кл ≈ 1,6·10 –19 Кл. |
В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке. Это число называется атомным номером. Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.
Читайте также: Плетение изделий из ткани
Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число элементарных зарядов. Таким образом, электрический заряд тела – дискретная величина:
Физические величины, которые могут принимать только дискретный ряд значений, называются квантованными. Элементарный заряд e является квантом (наименьшей порцией) электрического заряда.
Идея измерений основывалась на блестящей догадке Кулона о том, что если заряженный шарик привести в контакт с точно таким же незаряженным, то заряд первого разделится между ними поровну. Таким образом, был указан способ изменять заряд шарика в два, три и т. д. раз. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.
Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
| Рисунок 4.1.2. Прибор Кулона. |
| Рисунок 4.1.3. Силы взаимодействия одноименных и разноименных зарядов. |
На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:
Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:
Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 4.1.3). Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.
Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.
Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).
Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.
Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:
где – электрическая постоянная.
Опыт показывает, что силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции.
Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.
Рис. 4.1.4 поясняет принцип суперпозиции на примере электростатического взаимодействия трех заряженных тел.
| Рисунок 4.1.4. Принцип суперпозиции электростатических сил |
- Электростатическое поле. Напряженность поля. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов.
По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.
Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не вносит заметного перераспределения исследуемых зарядов.
Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика напряженность электрического поля.
Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:
Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.
Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим.
Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:
Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.
В соответствии с законом Кулона, напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю
Это поле называется кулоновским. В кулоновском поле направление вектора зависит от знака заряда Q: если Q > 0, то вектор направлен по радиусу от заряда, если Q 0 вектор параллелен а при Q 4– располагается в центре правильной пирамиды, в вершинах которой находятся ионы водорода H + . При наложении внешнего электрического поля ион углерода смещается из центра пирамиды, и у молекулы возникает дипольный момент, пропорциональный внешнему полю.
| Рисунок 4.5.4. Поляризация неполярного диэлектрика. |
Электрическое поле связанных зарядов, возникающее при поляризации полярных и неполярных диэлектриков, изменяется по модулю прямо пропорционально модулю внешнего поля В очень сильных электрических полях эта закономерность может нарушаться, и тогда проявляются различные нелинейные эффекты. В случае полярных диэлектриков в сильных полях может наблюдаться эффект насыщения, когда все молекулярные диполи выстраиваются вдоль силовых линий. В случае неполярных диэлектриков сильное внешнее поле, сравнимое по модулю с внутриатомным полем, может существенно деформировать атомы или молекулы вещества и изменить их электрические свойства. Однако, эти явления практически никогда не наблюдаются, так как для этого нужны поля с напряженностью (10 10 –10 12 ) В/м. Между тем, гораздо раньше наступает электрический пробой диэлектрика.
У многих неполярных молекул при поляризации деформируются электронные оболочки, поэтому этот механизм получил название электронной поляризации. Этот механизм является универсальным, поскольку деформация электронных оболочек под действием внешнего поля происходит в атомах, молекулах и ионах любого диэлектрика.
В случае твердых кристаллических диэлектриков наблюдается так называемая ионная поляризация, при которой ионы разных знаков, составляющие кристаллическую решетку, при наложении внешнего поля смещаются в противоположных направлениях, вследствие чего на гранях кристалла появляются связанные (нескомпенсированные) заряды. Примером такого механизма может служить поляризация кристалла NaCl, в котором ионы Na + и Cl – составляют две подрешетки, вложенные друг в друга. В отсутствие внешнего поля каждая элементарная ячейка кристалла NaCl электронейтральна и не обладает дипольным моментом. Во внешнем электрическом поле обе подрешетки смещаются в противоположных направлениях, т. е. кристалл поляризуется.
- 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