پروژه بیولوژی الکتریسیته در موجودات زنده پدیده های الکتریکی در طبیعت چرا موهای برق گرفته شده بالا می رود؟

در پایان قرن هجدهم، دانشمندان معروف گالوانی و ولتا، الکتریسیته را در حیوانات کشف کردند. اولین حیواناتی که دانشمندان برای تایید کشف خود روی آنها آزمایش کردند قورباغه بودند.الکتریسیته سلول‌های عصبی، ماهیچه‌ای و غده‌ای همه موجودات زنده را تولید می‌کند، اما این توانایی در ماهی‌ها بیشتر توسعه یافته است.

در حال حاضر مشخص شده است که از 20 هزار گونه ماهی مدرن، حدود 300 گونه قادر به ایجاد و استفاده از میدان های بیوالکتریک هستند.
بر اساس ماهیت تخلیه های تولید شده، این گونه ماهی ها به دو دسته بسیار الکتریکی و ضعیف تقسیم می شوند. اولی شامل مارماهی های الکتریکی آب شیرین آمریکای جنوبی، گربه ماهی برقی آفریقایی و پرتوهای الکتریکی دریایی است. این ماهی ها تخلیه های بسیار قدرتمندی تولید می کنند: به عنوان مثال مارماهی ها با ولتاژ تا 600 ولت، گربه ماهی - 350. ولتاژ جریان پرتوهای بزرگ دریا کم است، زیرا آب دریا رسانای خوبی است، اما قدرت جریان تخلیه آنها. به عنوان مثال، شعاع اژدر، گاهی اوقات به 60 آمپر می رسد.

ماهی های نوع دوم، به عنوان مثال، Mormyrus، Gnatonemus، Gymnarchus و سایر نمایندگان راسته نهنگ های منقاری ترشحات جداگانه ای را منتشر نمی کنند. آنها یک سری سیگنال های تقریباً پیوسته و ریتمیک (پالس) با فرکانس بالا را به داخل آب می فرستند و یک میدان الکتریکی در اطراف بدن خود ایجاد می کنند. پیکربندی این میدان در قالب خطوط به اصطلاح نیرو ظاهر می شود. اگر جسمی که از نظر رسانایی الکتریکی با آب متفاوت است وارد میدان الکتریکی شود، پیکربندی میدان تغییر می‌کند: اجسام با رسانایی بیشتر نیلوفرهای نیرو را در اطراف خود متمرکز می‌کنند و آنهایی که رسانایی کمتری دارند آنها را پراکنده می‌کنند. ماهی ها این تغییرات را با استفاده از گیرنده های الکتریکی که در بیشتر ماهی ها در ناحیه سر قرار دارند درک می کنند و محل جسم را تعیین می کنند. بنابراین، این ماهی ها مکان الکتریکی واقعی را انجام می دهند.

ماهی های منقاری در آفریقا، در رودخانه های گل آلود با حرکت آهسته و همچنین در دریاچه ها و مرداب ها زندگی می کنند، تقریباً همه آنها عمدتاً در شب شکار می کنند. برخی از آنها بینایی ضعیفی دارند، به همین دلیل است که در روند تکامل طولانی، این ماهی ها چنین روش عالی برای تشخیص غذا، دشمنان و اشیاء مختلف در فاصله ایجاد کرده اند.

تکنیک‌هایی که ماهی‌های برقی هنگام شکار طعمه و دفاع در برابر دشمنان استفاده می‌کنند، راه‌حل‌های فنی را به انسان در هنگام توسعه تأسیسات برای صید الکتریکی و دفع ماهی پیشنهاد می‌کنند. مدل‌سازی سیستم‌های مکان‌یابی ماهی‌های الکتریکی، چشم‌اندازهای استثنایی را باز می‌کند. در فناوری مدرن مکان یابی زیر آب، هیچ سیستم جستجو و تشخیصی وجود ندارد که به همان روش الکترومکانیتورهای ایجاد شده در کارگاه طبیعت کار کند. دانشمندان بسیاری از کشورها برای ایجاد چنین تجهیزاتی سخت کار می کنند.

در طبیعت زنده فرآیندهای زیادی با پدیده های الکتریکی مرتبط است. بیایید به برخی از آنها نگاه کنیم.

بسیاری از گل ها و برگ ها بسته به زمان و روز قابلیت بسته شدن و باز شدن را دارند. این ناشی از سیگنال های الکتریکی است که یک پتانسیل عمل را نشان می دهد. با استفاده از محرک های الکتریکی خارجی می توان برگ ها را مجبور کرد بسته شوند. علاوه بر این، بسیاری از گیاهان جریان آسیب را تجربه می کنند. بخش هایی از برگ ها و ساقه ها همیشه نسبت به بافت طبیعی دارای بار منفی هستند.

اگر یک لیمو یا یک سیب را بردارید و آن را برش دهید و سپس دو الکترود را روی پوست قرار دهید، تفاوت پتانسیل را تشخیص نمی دهند. اگر یک الکترود روی پوسته و دیگری به داخل خمیر اعمال شود، اختلاف پتانسیل ظاهر می شود و گالوانومتر ظاهر جریان را یادداشت می کند.

تغییر پتانسیل برخی از بافت های گیاهی در لحظه تخریب توسط دانشمند هندی بوز مورد مطالعه قرار گرفت. مخصوصاً قسمت بیرونی و داخلی نخود را با گالوانومتر به هم وصل کرد. او نخود را تا دمای 60 درجه سانتیگراد گرم کرد و پتانسیل الکتریکی 0.5 ولت ثبت شد.همان دانشمند یک پد میموزا را بررسی کرد که با پالس های جریان کوتاه آن را تحریک کرد.

وقتی تحریک شد، پتانسیل عمل پدید آمد. واکنش میموزا آنی نبود، اما با 0.1 ثانیه تاخیر داشت. علاوه بر این، نوع دیگری از تحریک، به اصطلاح موج آهسته، که هنگام آسیب ظاهر می شود، در مسیرهای میموزا پخش می شود. این موج از امتداد جوانه ها عبور می کند و به ساقه می رسد و باعث ایجاد پتانسیل عمل می شود که در طول ساقه منتقل می شود و منجر به پایین آمدن برگ های مجاور می شود. میموزا با حرکت دادن برگ به تحریک پد با جریان 0.5 میکروآمپر واکنش نشان می دهد. حساسیت زبان انسان 10 برابر کمتر است.

پدیده های کمتر جالب مربوط به الکتریسیته را نمی توان در ماهی یافت. یونانیان باستان از ملاقات با ماهی در آب که باعث یخ زدن حیوانات و مردم می شد، محتاط بودند. این ماهی یک گز برقی بود و نام آن اژدر بود.

نقش برق در زندگی ماهی های مختلف متفاوت است. برخی از آنها از اندام های خاصی برای ایجاد تخلیه های الکتریکی قدرتمند در آب استفاده می کنند. به عنوان مثال، یک مارماهی آب شیرین کششی با چنان قدرتی ایجاد می کند که می تواند حمله دشمن را دفع کند یا قربانی را فلج کند. اندام های الکتریکی ماهی از ماهیچه هایی تشکیل شده است که توانایی انقباض را از دست داده اند. بافت عضلانی به عنوان رسانا و بافت همبند به عنوان عایق عمل می کند. اعصاب از نخاع به اندام می رود. اما به طور کلی یک ساختار صفحه ریز از عناصر متناوب است. مارماهی دارای 6000 تا 10000 عنصر است که به صورت متوالی به هم متصل شده اند تا یک ستون را تشکیل دهند و حدود 70 ستون در هر اندام در امتداد بدن قرار دارند.

در بسیاری از ماهی ها (همینارک، چاقوی ماهی، گناتونموس) سر دارای بار مثبت و دم بار منفی است، اما در گربه ماهی برقی برعکس، دم دارای بار مثبت و سر دارای بار منفی است. ماهی ها از خواص الکتریکی خود هم برای حمله و دفاع و هم برای یافتن طعمه، حرکت در آب آشفته و شناسایی حریفان خطرناک استفاده می کنند.

ماهی های الکتریکی ضعیفی نیز وجود دارند. آنها هیچ اندام الکتریکی ندارند. اینها ماهی های معمولی هستند: کپور صلیبی، کپور، مینا و غیره. آنها میدان الکتریکی را حس می کنند و سیگنال الکتریکی ضعیفی از خود ساطع می کنند.

ابتدا زیست شناسان رفتار عجیب یک ماهی کوچک آب شیرین - گربه ماهی آمریکایی - را کشف کردند. او احساس کرد که یک چوب فلزی در آب به فاصله چند میلی متری به او نزدیک می شود. هانس لیسمان، دانشمند انگلیسی، اشیاء فلزی را در پوسته های پارافینی یا شیشه ای محصور کرد و در آب فرو برد، اما نتوانست گربه ماهی نیل و ژیمنارچوس را فریب دهد. ماهی احساس فلز کرد. در واقع، معلوم شد که ماهی ها اندام های خاصی دارند که قدرت میدان الکتریکی ضعیف را درک می کنند.

دانشمندان با آزمایش حساسیت گیرنده های الکتریکی در ماهی، آزمایشی را انجام دادند. آنها آکواریوم را با ماهی ها با یک پارچه یا کاغذ تیره پوشانده و یک آهنربای کوچک را در هوا حرکت دادند. ماهی میدان مغناطیسی را احساس کرد. سپس محققان به سادگی دستان خود را در نزدیکی آکواریوم حرکت دادند. و او حتی به ضعیف ترین میدان بیوالکتریک ایجاد شده توسط دست انسان واکنش نشان داد.

ماهی ها میدان الکتریکی را بدتر و حتی گاهی بهتر از حساس ترین ابزارهای جهان ثبت می کنند و کوچکترین تغییری در شدت آن مشاهده می کنند. همانطور که مشخص است، ماهی ها نه تنها "گالوانومتر" شناور هستند، بلکه "ژنراتورهای الکتریکی" شناور نیز هستند. آنها یک جریان الکتریکی به آب ساطع می کنند و یک میدان الکتریکی در اطراف خود ایجاد می کنند که بسیار قوی تر از آن است که در اطراف سلول های زنده معمولی ایجاد می شود.

با کمک سیگنال های الکتریکی، ماهی ها حتی می توانند به روشی خاص "صحبت کنند". به عنوان مثال، مارماهی ها وقتی غذا می بینند، شروع به تولید پالس های فعلی با فرکانس معین می کنند و در نتیجه همنوعان خود را جذب می کنند. و اگر دو ماهی در یک آکواریوم قرار گیرند، دفعات تخلیه الکتریکی آنها بلافاصله افزایش می یابد.

رقبای ماهی ها قدرت حریف خود را با قدرت سیگنال هایی که منتشر می کنند تعیین می کنند. حیوانات دیگر چنین احساساتی ندارند. چرا فقط ماهی ها دارای این خاصیت هستند؟

ماهی ها در آب زندگی می کنند. آب دریا یک رسانای عالی است. امواج الکتریکی در آن، بدون تضعیف، هزاران کیلومتر منتشر می شود. علاوه بر این، ماهی ها دارای ویژگی های فیزیولوژیکی ساختار ماهیچه ای هستند که با گذشت زمان به "مولدهای زنده" تبدیل شده اند.

توانایی ماهی ها در انباشت انرژی الکتریکی آنها را به باتری های ایده آل تبدیل می کند. اگر امکان درک جزئیات بیشتر از جزئیات عملکرد آنها وجود داشت، انقلابی در فناوری از نظر ایجاد باتری رخ می داد. مکان یابی الکتریکی و ارتباط زیر آب ماهی ها امکان توسعه سیستمی برای ارتباط بی سیم بین یک کشتی ماهیگیری و یک ترال را فراهم کرد.

مناسب است با بیانیه ای پایان دهیم که در کنار یک آکواریوم شیشه ای معمولی با بند برقی که در نمایشگاه انجمن سلطنتی انگلیس در سال 1960 ارائه شده بود، نوشته شده بود. دو الکترود به داخل آکواریوم پایین آمدند که یک ولت متر به آن وصل شد. هنگامی که ماهی در حال استراحت بود، ولت متر 0 ولت را نشان داد، زمانی که ماهی در حال حرکت بود - 400 ولت. انسان هنوز نمی تواند ماهیت این پدیده الکتریکی را که مدت ها قبل از تشکیل انجمن سلطنتی انگلستان مشاهده شده بود، کشف کند. معمای پدیده های الکتریکی در طبیعت زنده هنوز ذهن دانشمندان را به هیجان می آورد و راه حلی می طلبد.

اسلاید 2

تاریخچه کشف پدیده های الکتریکی

تالس از میلتوس اولین کسی بود که 600 سال قبل از میلاد توجه را به بار الکتریکی جلب کرد. او کشف کرد که کهربا، که با پشم مالیده شود، خواص جذب اجسام سبک را به دست می آورد: کرک، تکه های کاغذ. بعدها اعتقاد بر این بود که فقط کهربا این خاصیت را دارد. در اواسط قرن هفدهم، اتو فون گاریک یک ماشین اصطکاک الکتریکی ساخت. علاوه بر این، وی خاصیت دافعه الکتریکی اجسام دارای بار تک قطبی را کشف کرد و در سال 1729 دانشمند انگلیسی، استفان گری، تقسیم اجسام به هادی های جریان الکتریکی و عایق ها را کشف کرد. به زودی همکارش رابرت سایمر، با مشاهده برقی شدن جوراب های ابریشمی خود، به این نتیجه رسید که پدیده های الکتریکی ناشی از جدا شدن اجسام به بارهای مثبت و منفی است. وقتی اجسام به یکدیگر ساییده می شوند باعث برق گرفتگی این اجسام می شوند، یعنی برقی شدن عبارت است از تجمع باری از یک نوع بر روی جسم و بارهای یک علامت دفع می کنند و بارهای علائم مختلف یکدیگر را جذب می کنند و هنگام اتصال جبران می شود و بدنه را خنثی می کند (شارژ نمی شود). در سال 1729، چارلز دوفی کشف کرد که دو نوع اتهام وجود دارد. آزمایش‌های انجام‌شده توسط Du Fay نشان می‌دهد که یکی از اتهامات از مالش شیشه بر روی ابریشم و دیگری با مالیدن رزین بر روی پشم ایجاد می‌شود. مفهوم بار مثبت و منفی توسط طبیعت شناس آلمانی گئورگ کریستوف معرفی شد. اولین محقق کمی قانون برهمکنش بارها بود که به طور تجربی در سال 1785 توسط چارلز کولن با استفاده از تعادل پیچشی حساسی که او ایجاد کرد، ایجاد شد.

اسلاید 3

چرا موهای برق گرفته شده بالا می رود؟

موها با همان بار برق دار می شوند. همانطور که می دانید، مانند بارهایی که یکدیگر را دفع می کنند، موها نیز مانند برگ های یک ستون کاغذی در همه جهات از هم جدا می شوند. اگر هر جسم رسانا، از جمله بدن انسان، از زمین جدا شده باشد، آنگاه می توان آن را با پتانسیل بالایی شارژ کرد. بنابراین، با کمک یک ماشین الکترواستاتیک، بدن انسان می تواند با پتانسیل ده ها هزار ولت شارژ شود.

اسلاید 4

آیا بار الکتریکی وارد شده به بدن انسان در این حالت بر سیستم عصبی تأثیری دارد؟

بدن انسان هادی الکتریسیته است. اگر از زمین جدا شده و باردار شود، بار به طور انحصاری بر روی سطح بدن قرار می گیرد، بنابراین شارژ به پتانسیل نسبتاً بالا بر سیستم عصبی تأثیر نمی گذارد، زیرا رشته های عصبی در زیر پوست قرار دارند. تأثیر بار الکتریکی بر روی سیستم عصبی در لحظه تخلیه احساس می شود و در طی آن بارها در بدن توزیع مجدد می شوند. این توزیع مجدد یک جریان الکتریکی کوتاه مدت است که نه در امتداد سطح، بلکه در داخل بدن عبور می کند.

اسلاید 5

چرا پرندگان بدون مجازات روی سیم های انتقال فشار قوی فرود می آیند؟

بدن پرنده ای که روی سیم نشسته است شاخه ای از مدار است که به موازات قسمت هادی بین پاهای پرنده متصل است. وقتی دو بخش از یک مدار به صورت موازی به هم متصل می شوند، مقدار جریان در آنها با مقاومت نسبت عکس دارد. مقاومت بدن پرنده در مقایسه با مقاومت هادی با طول کوتاه بسیار زیاد است، بنابراین میزان جریان در بدن پرنده ناچیز و بی ضرر است. همچنین باید اضافه کرد که اختلاف پتانسیل در ناحیه بین پاهای پرنده کم است.

اسلاید 6

ماهی و برق.

ماهی ها از ترشحات استفاده می کنند: برای روشن کردن مسیر خود. برای محافظت، حمله و بیهوش کردن قربانی؛ - سیگنال ها را به یکدیگر منتقل کنید و موانع را از قبل تشخیص دهید

اسلاید 7

از معروف ترین ماهی های برقی می توان به مارماهی برقی، گربه ماهی برقی و گربه ماهی برقی اشاره کرد. این ماهی ها اندام های خاصی برای ذخیره انرژی الکتریکی دارند. تنش های کوچک ناشی از فیبرهای عضلانی معمولی به دلیل گنجاندن متوالی بسیاری از عناصر منفرد، که توسط اعصاب، مانند هادی ها، به باتری های طولانی متصل می شوند، در اینجا خلاصه می شوند.

اسلاید 8

ماهی گز.

این ماهی حیواناتی را که می‌خواهد صید کند منجمد می‌کند و با نیروی ضربه‌ای که در بدنش زندگی می‌کند بر آن‌ها غلبه می‌کند.» ارسطو

اسلاید 9

برخی

اندام های الکتریکی تقریباً در تمام طول بدن ماهی قرار دارند و تخلیه هایی با ولتاژ تا 360 ولت تولید می کنند.

اسلاید 10

مارماهی الکتریکی

قوی ترین اندام های الکتریکی در مارماهی هایی یافت می شود که در رودخانه های مناطق گرمسیری آمریکا زندگی می کنند. تخلیه آنها به ولتاژ 650 ولت می رسد.

اسلاید 11

رعد و برق یکی از خطرناک ترین پدیده هاست.

رعد و برق و رعد و برق یکی از پدیده های تهدیدآمیز اما باشکوهی است که بشر از قدیم الایام با آن آماده شده است. یک عنصر خشمگین به شکل رعد و برق غول پیکر کور کننده، رعد و برق تهدیدآمیز، باران و تگرگ بر او افتاد. مردم از ترس رعد و برق، آن را خدایی می کردند و آن را ابزار خدایان می دانستند.

اسلاید 12

رعد و برق

اغلب ما رعد و برقی را مشاهده می کنیم که شبیه یک رودخانه پیچ در پیچ با شاخه های فرعی است. چنین رعد و برقی خطی نامیده می شود؛ هنگامی که بین ابرها تخلیه می شود، طول آنها به بیش از 20 کیلومتر می رسد. رعد و برق از انواع دیگر بسیار کمتر دیده می شود. تخلیه الکتریکی در جو به شکل رعد و برق خطی یک جریان الکتریکی است. علاوه بر این، قدرت فعلی در 0.2 - 0.3 ثانیه تغییر می کند. تقریباً 65٪ از کل رعد و برق. که ما مشاهده می کنیم دارای مقدار جریان 10000 A است، اما به ندرت به 230000 A می رسد. کانال رعد و برق که از طریق آن جریان جریان دارد بسیار داغ می شود و به شدت می درخشد. دمای کانال به ده ها هزار درجه می رسد، فشار افزایش می یابد، هوا منبسط می شود و مانند انفجار گازهای داغ است. ما این را به عنوان رعد و برق درک می کنیم. برخورد صاعقه به یک جسم زمینی می تواند باعث آتش سوزی شود.

اسلاید 13

وقتی صاعقه مثلاً به درخت برخورد می کند. گرم می شود، رطوبت از آن تبخیر می شود و فشار بخار حاصل و گازهای گرم شده منجر به تخریب می شود. برای محافظت ساختمان ها در برابر تخلیه های صاعقه از صاعقه گیرها استفاده می شود که میله ای فلزی است که از بالای جسم محافظت شده بالا می رود.

اسلاید 14

رعد و برق.

در درختان برگریز جریان از داخل تنه از هسته عبور می کند که در آنجا شیره زیادی وجود دارد که تحت تأثیر جریان می جوشد و بخارات درخت را از هم می پاشند.

مشاهده همه اسلایدها

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

ارسال شده در http://www.allbest.ru/

1. برق

2. تاریخچه

4. الکتریسیته در طبیعت

1. برق

الکتریسیته مجموعه ای از پدیده هایی است که در اثر وجود، برهم کنش و حرکت بارهای الکتریکی ایجاد می شود. این اصطلاح توسط طبیعت شناس انگلیسی ویلیام گیلبرت در مقاله خود "درباره آهنربا، اجسام مغناطیسی و آهنربای بزرگ - زمین" (1600) معرفی شد که عملکرد قطب نما مغناطیسی را توضیح می دهد و برخی آزمایش ها را با اجسام برق دار توصیف می کند. او متوجه شد که مواد دیگر نیز دارای خاصیت الکتریسیته شدن هستند.

2. تاریخچه

برق یکی از اولین مواردی بود که توجه تالس فیلسوف یونانی را در قرن هفتم قبل از میلاد به خود جلب کرد. e.، چه کسی کشف کرد که کهربا (یونانی باستان؟ lekfspn: الکترون) که با پشم مالیده شده است، خاصیت جذب اجسام سبک را به دست می آورد. با این حال، برای مدت طولانی، دانش در مورد برق از این ایده فراتر نمی رفت. در سال 1600، اصطلاح خود الکتریسیته ("کهربا") ظاهر شد، و در سال 1663، Otto von Guericke، استاد شهر ماگدبورگ، یک ماشین الکترواستاتیک به شکل یک توپ گوگردی نصب شده بر روی یک میله فلزی ایجاد کرد که امکان مشاهده نه تنها اثر را فراهم کرد. جاذبه، بلکه اثر دافعه. در سال 1729، استفان گری انگلیسی آزمایشاتی را در مورد انتقال الکتریسیته از راه دور انجام داد و متوجه شد که همه مواد به طور یکسان برق را منتقل نمی کنند. در سال 1733 شارل دوفای فرانسوی وجود دو نوع الکتریسیته شیشه و رزین را ایجاد کرد که با مالیدن شیشه بر روی ابریشم و رزین روی پشم آشکار شد. در سال 1745، پیتر ون موشنبروک هلندی اولین خازن الکتریکی را ایجاد کرد - شیشه لیدن.

اولین تئوری الکتریسیته توسط بی. فرانکلین آمریکایی ایجاد شد که الکتریسیته را به عنوان یک «مایع غیر مادی»، یک سیال می‌بیند («آزمایش‌ها و مشاهدات در مورد الکتریسیته»، 1747). او همچنین مفهوم بار مثبت و منفی را معرفی می کند، صاعقه گیر را اختراع می کند و به کمک آن، الکتریکی بودن صاعقه را اثبات می کند. مطالعه الکتریسیته پس از کشف قانون کولمب در سال 1785 به یک علم دقیق تبدیل شد.

علاوه بر این، در سال 1791، گالوانی ایتالیایی "رساله ای در مورد نیروهای الکتریسیته در حرکت عضلانی" منتشر کرد که در آن وجود جریان الکتریکی در ماهیچه های حیوانات را توصیف می کند. ایتالیایی دیگر، ولتا، در سال 1800، اولین منبع جریان مستقیم را اختراع کرد - یک سلول گالوانیکی، که ستونی از دایره های روی و نقره بود که توسط کاغذ خیس شده در آب نمک از هم جدا شده بود. در سال 1802، واسیلی پتروف یک قوس ولتایی را کشف کرد.

مایکل فارادی - بنیانگذار دکترین میدان الکترومغناطیسی

در سال 1820، فیزیکدان دانمارکی Oersted به طور تجربی برهمکنش الکترومغناطیسی را کشف کرد. با بستن و باز کردن یک مدار با جریان، ارتعاشات یک سوزن قطب نما را دید که در نزدیکی هادی قرار دارد. آمپر فیزیکدان فرانسوی در سال 1821 ثابت کرد که ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس فقط در مورد جریان الکتریکی مشاهده می شود و در مورد الکتریسیته ساکن وجود ندارد. آثار ژول، لنز و اهم درک الکتریسیته را گسترش می دهند. گاوس قضیه اساسی نظریه میدان های الکترواستاتیکی را فرموله می کند (1830).

بر اساس تحقیقات ارستد و آمپر، فارادی در سال 1831 پدیده القای الکترومغناطیسی را کشف کرد و بر اساس آن اولین مولد برق جهان را ایجاد کرد که یک هسته مغناطیسی را به یک سیم پیچ فشار می داد و وقوع جریان را در پیچ های سیم پیچ ثبت می کرد. فارادی با کشف القای الکترومغناطیسی (1831) و قوانین الکترولیز (1834)، مفهوم میدان های الکتریکی و مغناطیسی را معرفی می کند. تجزیه و تحلیل پدیده الکترولیز فارادی را به این ایده سوق داد که حامل نیروهای الکتریکی هیچ مایع الکتریکی نیست، بلکه اتم ها - ذرات ماده هستند. او ادعا می‌کند: «اتم‌های ماده به نوعی دارای نیروهای الکتریکی هستند. مطالعات فارادی در مورد الکترولیز نقش اساسی در توسعه تئوری الکترونیک ایفا کرد. فارادی همچنین اولین موتور الکتریکی جهان را ایجاد کرد - سیمی با جریانی که به دور آهنربا می چرخد. اوج تحقیقات الکترومغناطیس توسعه نظریه پدیده های الکترومغناطیسی توسط فیزیکدان انگلیسی D. C. Maxwell بود. او در سال 1873 معادلاتی را استخراج کرد که ویژگی های الکتریکی و مغناطیسی میدان را به هم مرتبط می کند.

در سال 1880، پیر کوری پیزوالکتریک را کشف کرد. در همان سال، D. A. Lachinov شرایط انتقال برق را در فواصل طولانی نشان داد. هرتز به طور تجربی امواج الکترومغناطیسی را ثبت می کند (1888).

در سال 1897، جوزف تامسون حامل مادی الکتریسیته - الکترون را کشف کرد که بعدها توسط ارنست رادرفورد مشخص شد که جایگاه آن در ساختار اتم مشخص شد.

در قرن بیستم، نظریه الکترودینامیک کوانتومی ایجاد شد. در سال 1967 گام دیگری به سمت مطالعه برق برداشته شد. S. Weinberg، A. Salam و S. Glashow یک نظریه واحد از برهمکنش های الکتروضعیف ایجاد کردند.

بار الکتریکی ویژگی اجسام است (که از نظر کمی با کمیت فیزیکی به همین نام مشخص می شود) که اول از همه در توانایی ایجاد میدان الکتریکی در اطراف خود و از طریق آن تأثیرگذاری بر بارهای دیگر (یعنی داشتن بار الکتریکی) آشکار می شود. ) بدن. بارهای الکتریکی به دو دسته مثبت و منفی تقسیم می شوند (انتخاب اینکه کدام بار مثبت و کدام بار منفی در علم کاملاً دلخواه در نظر گرفته می شود، اما این انتخاب قبلاً از نظر تاریخی انجام شده است و اکنون - هرچند به صورت مشروط - برای هر بار علامت بسیار خاصی تعیین شده است. ) . اجسامی که دارای باری از همان علامت هستند دفع می کنند و آنهایی که بار مخالف دارند جذب می شوند. هنگامی که اجسام باردار حرکت می کنند (اعم از اجسام ماکروسکوپی و ذرات باردار میکروسکوپی حامل جریان الکتریکی در هادی ها)، میدان مغناطیسی ایجاد می شود و بنابراین، پدیده هایی رخ می دهد که برقراری رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس (الکترومغناطیس) را ممکن می سازد (اورستد، فارادی، ماکسول). ). در ساختار ماده، بار الکتریکی به عنوان خاصیت اجسام به ذرات باردار اولیه باز می گردد، مثلاً یک الکترون دارای بار منفی و یک پروتون و پوزیترون دارای بار مثبت است.

کلی ترین علم بنیادی که به بارهای الکتریکی، برهمکنش آنها و میدان های تولید شده توسط آنها و عمل بر آنها می پردازد (یعنی تقریباً به طور کامل مبحث الکتریسیته را پوشش می دهد، به استثنای جزئیاتی مانند خواص الکتریکی مواد خاص، مانند به عنوان رسانایی الکتریکی (و غیره) -- این الکترودینامیک است. خواص کوانتومی میدان های الکترومغناطیسی، ذرات باردار (و غیره) عمیق ترین توسط الکترودینامیک کوانتومی مورد مطالعه قرار می گیرند، اگرچه برخی از آنها را می توان با تئوری های کوانتومی ساده تر توضیح داد.

4. الکتریسیته در طبیعت

تجلی قابل توجه الکتریسیته در طبیعت رعد و برق است که ماهیت الکتریکی آن در قرن 18 تأسیس شد. صاعقه مدت هاست که باعث آتش سوزی جنگل ها شده است. طبق یک نسخه، رعد و برق بود که منجر به سنتز اولیه اسیدهای آمینه و پیدایش حیات روی زمین شد (آزمایش میلر-اوری و نظریه اوپارین-هالدان).

برای فرآیندهای سیستم عصبی انسان ها و حیوانات، وابستگی عملکرد غشای سلولی برای یون های سدیم به پتانسیل محیط درون سلولی بسیار مهم است. پس از افزایش ولتاژ در غشای سلولی، کانال سدیم برای مدت زمان 0.1 - 1.0 میلی ثانیه باز می شود که منجر به افزایش ناگهانی ولتاژ می شود، سپس اختلاف پتانسیل روی غشاء به مقدار اولیه خود باز می گردد. فرآیند توصیف شده به طور خلاصه یک تکانه عصبی نامیده می شود. در سیستم عصبی حیوانات و انسان ها، اطلاعات از یک سلول به سلول دیگر توسط تکانه های عصبی تحریک به مدت حدود 1 میلی ثانیه منتقل می شود. فیبر عصبی یک استوانه پر از الکترولیت است. سیگنال تحریک بدون کاهش دامنه به دلیل اثر افزایش کوتاه مدت در نفوذپذیری غشاء به یون های سدیم منتقل می شود.

بسیاری از ماهی ها برای محافظت از خود و جستجوی طعمه در زیر آب از برق استفاده می کنند. تخلیه ولتاژ مارماهی الکتریکی آمریکای جنوبی می تواند به ولتاژ 500 ولت برسد. قدرت تخلیه رمپ الکتریکی می تواند به 0.5 کیلو وات برسد. کوسه ها، لامپرها و برخی گربه ماهی ها از برق برای جستجوی طعمه استفاده می کنند. اندام الکتریکی ماهی در فرکانس چند صد هرتز کار می کند و ولتاژ چند ولتی ایجاد می کند. میدان الکتریکی توسط گیرنده های الکتریکی حس می شود. اجسام در آب میدان الکتریکی را منحرف می کنند. با استفاده از این انحرافات، ماهی ها می توانند به راحتی در آب گل آلود حرکت کنند.

5. تصویر برق در فرهنگ

در اساطیر، خدایان قادر به پرتاب صاعقه هستند: یونانیان زئوس، مشتری، ولگنچه از پانتئون ماری دارند، آگنی خدای هندوها است که یکی از اشکال آن رعد و برق است، پرون خدای رعد و برق در پانتئون روسیه باستان است. ثور خدای رعد و برق و طوفان در اساطیر آلمانی-اسکاندیناویایی است.

یکی از اولین کسانی که سعی کرد تصویر الکتریسیته را درک کند، مری شلی در درام «فرانکنشتاین، یا پرومتئوس مدرن» بود، جایی که به عنوان نیرویی ظاهر می شود که با آن می توان اجساد را احیا کرد. در کارتون دیزنی Black Cloak ضدقهرمان مگاولت است که فرمان الکتریسیته را می دهد و در انیمیشن ها و بازی های ژاپنی پوکمون های برقی (مشهورترین آنها پیکاچو است).

6. تولید و استفاده عملی

فارادی برق طبیعت شارژ

تولید و انتقال

آزمایش‌های اولیه دوران باستان، مانند آزمایش‌های تالس با چوب‌های کهربا، در واقع اولین تلاش‌ها برای مطالعه مسائل مربوط به تولید انرژی الکتریکی بود. این روش در حال حاضر به عنوان اثر تریبوالکتریک شناخته می شود و اگرچه می تواند اجسام سبک را جذب کند و جرقه ایجاد کند، اما اساساً بسیار بی اثر است. یک منبع کاربردی برق تنها در قرن 18 ظاهر شد، زمانی که اولین دستگاه برای تولید آن اختراع شد - یک قطب ولتایی. این و نسخه مدرن آن، باتری الکتریکی، منابع شیمیایی جریان الکتریکی هستند: عملکرد آنها بر اساس تعامل مواد در الکترولیت است. باتری در صورت نیاز برق را تامین می کند و یک منبع انرژی همه کاره و پرکاربرد است که برای استفاده در محیط ها و موقعیت های مختلف مناسب است، اما منبع انرژی آن محدود است و پس از اتمام، باتری نیاز به تعویض یا شارژ مجدد دارد. برای برآوردن نیازهای مهمتر در حجم بیشتر، انرژی الکتریکی باید به طور مداوم تولید و از طریق خطوط برق منتقل شود.

به طور معمول، ژنراتورهای الکترومکانیکی برای تولید آن استفاده می‌شوند که یا توسط احتراق سوخت‌های فسیلی، یا با استفاده از انرژی حاصل از واکنش‌های هسته‌ای، یا با نیروی جریان هوا یا آب هدایت می‌شوند. توربین بخار مدرن که توسط چارلز پارسونز در سال 1884 اختراع شد، در حال حاضر تقریباً 80 درصد برق جهان را با استفاده از نوعی منبع گرمایش تولید می کند. این دستگاه ها دیگر شبیه ژنراتور دیسک تک قطبی فارادی نیست که توسط او در سال 1831 ایجاد شد، اما هنوز هم بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کشف شده توسط او - وقوع جریان الکتریکی در یک مدار بسته زمانی که شار مغناطیسی عبوری از آن تغییر می کند. در اواخر قرن نوزدهم، ترانسفورماتور اختراع شد که اجازه می‌داد الکتریسیته با ولتاژهای بالاتر و جریان‌های پایین‌تر انتقال یابد. به نوبه خود، کارایی انتقال انرژی امکان تولید برق در نیروگاه های متمرکز را به نفع دومی و سپس هدایت آن در فواصل نسبتاً طولانی به مصرف کنندگان نهایی را ممکن ساخت.

تولید برق از انرژی جنبشی باد در بسیاری از کشورهای جهان رواج یافته است.

از آنجایی که ذخیره برق در مقادیری که در مقیاس ملی کافی باشد دشوار است، حفظ تعادل ضروری است: دقیقاً به اندازه مصرف برق توسط کاربران تولید شود. برای انجام این کار، شرکت های برق باید بار را به دقت پیش بینی کنند و به طور مداوم فرآیند تولید را با نیروگاه های خود هماهنگ کنند. در عین حال، مقدار مشخصی از ظرفیت ذخیره می شود تا در صورت بروز مشکلات یا تلفات انرژی، شبکه برق محافظت شود.

با پیشرفت مدرنیزاسیون و توسعه اقتصاد یک ایالت خاص، تقاضا برای برق به سرعت افزایش می یابد. به ویژه، برای ایالات متحده این رقم در یک سوم اول قرن بیستم 12 درصد رشد در سال بود، و در حال حاضر پیشرفت های مشابهی در اقتصادهایی به سرعت در حال توسعه مانند چین و هند مشاهده می شود. از نظر تاریخی، رشد تقاضا برای برق از شاخص های مشابه برای سایر انواع منابع انرژی پیشی گرفته است. همچنین باید توجه داشت که نگرانی ها در مورد اثرات زیست محیطی تولید برق منجر به تمرکز بر تولید برق از طریق منابع تجدیدپذیر - به ویژه بادی و برق آبی شده است.

کاربرد

لامپ برقی

استفاده از الکتریسیته وسیله نسبتاً مناسبی برای انتقال انرژی فراهم می‌کند و به همین دلیل برای طیف قابل توجهی از کاربردهای عملی سازگار شده است. یکی از اولین کاربردهای رایج الکتریسیته روشنایی بود. شرایط برای این کار پس از اختراع لامپ رشته ای در دهه 1870 ایجاد شد. اگرچه برق‌رسانی خطرات خود را داشت، اما جایگزینی آتش‌سوزی‌های روباز با روشنایی الکتریکی تعداد آتش‌سوزی‌ها در خانه‌ها و محل‌های کار را تا حد زیادی کاهش داده است.

به طور کلی، از قرن 19، برق به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی تمدن مدرن تبدیل شده است. الکتریسیته نه تنها برای روشنایی، بلکه برای انتقال اطلاعات (تلگراف، تلفن، رادیو، تلویزیون) و همچنین برای تنظیم مکانیسم در حرکت (موتور الکتریکی) استفاده می شود که به طور فعال در حمل و نقل (تراموا، مترو، واگن برقی، برق) استفاده می شود. قطار) و در لوازم خانگی (اتو، غذاساز، ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی).

به منظور تولید برق، نیروگاه های مجهز به ژنراتور برق ایجاد شده و باتری ها و باتری های الکتریکی برای ذخیره آن ایجاد شده است.

امروزه از برق برای تولید مواد (الکترولیز)، پردازش آنها (جوشکاری، حفاری، برش)، کشتن مجرمان (صندلی برقی) و ایجاد موسیقی (گیتار برقی) استفاده می شود.

قانون ژول-لنز در مورد اثر حرارتی جریان الکتریکی، امکان گرمایش الکتریکی محل را تعیین می کند. اگرچه این روش کاملاً همه کاره است و درجه خاصی از کنترل را فراهم می کند، اما می توان آن را به عنوان منابع فشرده غیر ضروری در نظر گرفت - به دلیل این واقعیت که تولید برق مورد استفاده در آن قبلاً به تولید گرما در نیروگاه نیاز داشت. برخی از کشورها، مانند دانمارک، حتی قوانینی را تصویب کرده اند که استفاده از گرمایش الکتریکی در خانه های جدید را محدود یا به طور کامل ممنوع می کند. در عین حال، الکتریسیته یک منبع عملی انرژی برای سرمایش است و یکی از زمینه های تقاضا برای برق که به سرعت در حال رشد است، تهویه مطبوع است.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Borgman I.I. - "برق"

2. Matveev A. N. - "الکتریسیته و مغناطیس"

3. Paul R.V. - "دکترین الکتریسیته"

4. Tamm I. E. - "مبانی نظریه الکتریسیته"

5. فرانکلین V. - "آزمایش ها و مشاهدات در مورد الکتریسیته"

ارسال شده در Allbest.ru

...

اسناد مشابه

الکتریسیته مجموعه ای از پدیده هایی است که در اثر وجود، برهم کنش و حرکت بارهای الکتریکی ایجاد می شود. کشف الکتریسیته: آثار و نظریه‌های طبیعت‌شناسان فرانکلین، گالوانی، ولتا، آمپر، کولمب، ارستد، فارادی، گیلبرت.

ارائه، اضافه شده در 2014/01/29

ماهیت رعد و برق و روش های اندازه گیری آن وقوع الکتریسیته ساکن به دلیل تجمع بارهای ساکن. رعد و برق توپ یک تخلیه گاز کروی است که هنگام برخورد صاعقه معمولی رخ می دهد. تجلی پدیده های الکتریکی در طبیعت زنده.

چکیده، اضافه شده در 2009/10/20

بررسی پدیده های بیوالکتریک، کشف الکتروژنز. توسعه ایده در مورد ماهیت "الکتریسیته حیوانی". مکانیسم های پدیده های بیوالکتریک. نظریه یون غشا برنشتاین. ایده های مدرن در مورد ماهیت پدیده های بیوالکتریک.

چکیده، اضافه شده در 2012/04/20

تاریخچه کشف و تحقیق الکتریسیته. پیدایش و تجلی بار الکتریکی در طبیعت. هزینه های جابجایی ولتاژ و جریان الکتریکی. استفاده از الکتریسیته ناشی از اصطکاک یا الکتریسیته ساکن.

چکیده، اضافه شده در 2008/05/08

فعالیت علمی M. Faraday - بنیانگذار دکترین میدان الکترومغناطیسی. تشخیص عمل شیمیایی جریان الکتریکی، رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس، مغناطیس و نور. کشف پدیده القای الکترومغناطیسی.

ارائه، اضافه شده در 04/06/2010

مراحل توسعه علم برق. نظریه های پدیده های الکتریکی. فیزیک و موجودات زنده، ارتباط آنها. الکتریسیته در طبقات مختلف موجودات زنده بررسی جریان الکتریسیته در دوزیستان، آزمایشات گالوانی، الکساندر ولتا.

چکیده، اضافه شده در 2010/12/20

فعل و انفعالات اساسی در طبیعت، ویژگی های مقایسه ای آنها: گرانشی، الکترومغناطیسی. الکترواستاتیک شاخه ای از مطالعه الکتریسیته است که در آن فعل و انفعالات و خواص سیستم های بار بررسی می شود. تدوین قانون کولن

ارائه، اضافه شده در 2015/08/22

ماهیت و اساس فیزیکی پدیده الکتریسیته الکترواستاتیک، مراحل تحقیق آن. نقش بنجامین فرانکلین و کولمب در توسعه این حوزه از دانش. قانون و فرمول چارلز آگوستین دو کولن، راه های توسعه و اثبات آن.

ارائه، اضافه شده در 11/29/2010

میدان الکتریکی گرداب شکل انتگرالی معادلات ماکسول. نظریه یکپارچه پدیده های الکتریکی و مغناطیسی. مفهوم جریان جابجایی فرض ماکسول، بیان کننده قانون ایجاد میدان های الکتریکی با عمل بارها در رسانه های دلخواه.

ارائه، اضافه شده در 2013/09/24

تعاملات اساسی در طبیعت برهمکنش بارهای الکتریکی خواص بار الکتریکی قانون پایستگی بار الکتریکی تدوین قانون کولن شکل برداری و معنای فیزیکی قانون کولن. اصل برهم نهی

مممممممم