Автоматика Автоматизация Архитектура Астрономия Одит Биология Счетоводство Военна генетика География Геология Държавна къща Други Журналистика и медии Изобретателност Чужди езици Информатика История на изкуството Компютри Кулинарна култура Лексикология Литература Логика Маркетинг Математика Механика Механика Мениджмънт Метал и заваръчна механика Музика Население Образование Сигурност Безопасност на труда Трудова педагогика Политика Право Pryborostroenye Програмиране Производство индустрия Психология P DiO Rehylyya Communications Социология Спорт стандартизация Строителни технологии Търговия Туризъм Физика физиология Философия Финанси Химия икономика Tsennoobrazovanye Cherchenye Екология Эkonometryka икономиката Електроника Yuryspundenktsyya

Лекция 8. Електрически и магнитни свойства на биообектите

Прочетете още:
  1. А) Свойства на двоичните отношения
  2. Атрибути и атрибути на културата
  3. Б) Основните свойства на операциите на комплектите
  4. СТРОИТЕЛСТВО И ЕЛЕКТРИЧЕСКИ СВОЙСТВА НА СЕМИКОНДУКТОРИТЕ
  5. Свойства на дисперсията
  6. Свойства на диференциалната функция
  7. Свойства на емпиричната функция
  8. Свойства на емпиричната функция за разпределение
  9. Свойства на интегралната функция
  10. Вероятностни характеристики на събитията
  11. Вероятностни характеристики
  12. Характеристики на линията на графиките

Електрически свойства на биообектите. Електрическа проводимост

електролити. Проводников ток

Всички биологични обекти се проявяват чрез електрически проводящи и диелектрични свойства, действащи върху тях в областта на постоянните или променливите електрически полета. Цитоплазмата на клетките, кръвта, лимфата и други биологични течности са относително добри проводници на електрически ток. Мембрани от клетки, епидермиса на кожата, костите, различни биополимери, напротив, много лошо поведение или почти не провеждат електрически ток, т.е. се държат като изолатори (изолатори).

Проводимостта се нарича способността на биообектното вещество да извършва електрически ток под действието на външна константа или редуващо се електрическо поле. Той се определя количествено от стойността g и се определя от формулата:

g = ,

Електрическото съпротивление на R вещества на биообекта, като проводник на електрически ток, зависи от специфичното електрическо съпротивление r, дължината l и напречното сечение S:

,

Стойността на g, която е обратна на специфичното електрическо съпротивление на дадено вещество, се нарича специфична проводимост :

,

Проводимите свойства на биологичните течности се осигуряват предимно от различни неорганични електролити, чиито молекули са способни да се дисоциират в йони с противоположни заряди, например Na + iCl - , Н + и ОН - и други. В допълнение, йонният състав на биологичните електролити се допълва от органични йони.

Съгласно идеалния електролитен модел специфичната електрическа проводимост на хомогенен електролит се определя от формулата:

g = n x q x a (u + + u - ),

където п е концентрацията на електролитни молекули,

q - зареждане на йони

а - коефициент на дисоциация

u + , u - мобилността на съответните йони.

Общата специфична електрическа проводимост g на биообекта е величината, състояща се от специфичната електрическа проводимост на отделните хомогенни електролити на биологичната течност:

g zag = g NaCl + g KCI + ...

Тъй като температурата се увеличава, електрическата проводимост на електролита се увеличава с нарастването на йонната мобилност.

Свободните йони на биологични електролити под действието на външно електрическо поле се придвижват направляващо, образувайки ток на проводимост . Плътността на тока на проводимост се определя, както следва:



j = g × E = n × q × a (u + + u - ) × E,

където E е интензивността на външното електрическо поле.

Диелектрични свойства на биообекти. поляризация

Диелектриците са органи, които не водят електрически ток. Диелектриците се различават по молекулна структура: с полярни молекули, с неполярни молекули, кристални.

Полярни диелектрични молекули (например, H 2 O, SO 2 , CO) са асиметрични и в резултат на това имат диполен момент при отсъствие на външно електрическо поле. Поради топлинното движение диполните моменти на полярните молекули са хаотични в пространството и резултантният им момент е 0.

В молекулите на неполярни диелектрици (напр. N2, H2, O2, CO 2 ), симетрична структура и, при липса на външно електрическо поле, диполен момент S = 0

Йоновите диелектрици (например KCl, NaCl) са пространствени решетки с редуващи се йони с различни знаци.

Във всички видове диелектрици при действието на външно електрическо поле има феномен на поляризация. Поляризацията на диелектриците е процес на ориентация на диполи или външен вид под действието на външно електрическо поле, ориентирано към областта на диполите.

Нека разгледаме някои видове поляризация, които се случват в биологичните системи:

- Поляризацията на електрон се осъществява в диелектрици с неполярни молекули и представлява процес на изместване на електрони в техните орбити по отношение на ядрата под действието на външно електрическо поле. В този случай електронутрилната система на атомите се превръща в индуциран дипол (Фигура 1);

Фиг. 1

- Поляризацията на диполата се извършва в диелектрици с полярни молекули и представлява ориентацията на молекулите в външното електрическо поле и образуването на свое собствено противоположно електрическо поле (фиг.2);

Фиг. 2

- йонна поляризация - изместването на йоните по отношение на кристалната решетка под действието на външно електрическо поле, което води до превръщането на йоните в индуциран дипол (фигура 3);

‡ зареждане ...

Фиг. 3

- макроструктурната поляризация е процес на относително изместване в противоположни посоки на свободни заряди с различни заряди в клетъчните структури (ядра, митохондрии и т.н.) и в самата клетка под действието на външно електрическо поле. В резултат на това свободните йони поляризират противоположните повърхности на граничните диелектрични черупки и по този начин образуват електрическо поле, което е противоположно на външното (Фигура 4);

Фиг. 4

- структурната поляризация (фигура 5) е взаимно изместване на полярните вериги на сложна молекула (например протеин) под действието на външно електрическо поле. В резултат на това се променя вторичната структура на макромолекулата и следователно електрическите и химическите свойства;

Фиг. 5

- Електролитичната поляризация е процес на преразпределение на противоположни електролитни йони в близост до електродите под действието на електрическо поле. В резултат на това в електродите слоеве, концентрацията на йони на определен знак се увеличава, което създава електрическо поле в електролита в обратната посока.

Процесите на поляризация се провеждат в биообекта за известно време, но не и мигновено. Следователно, всеки тип поляризация се описва не само от съответния механизъм, но и от времето на релаксация t p - времето, необходимо за установяване на динамичното равновесие на състоянието на молекулярната система, възбудено от електрическото поле.

За да се определи количествено степента на поляризация на диелектриците, използвайте стойност, наречена поляризация :

,

където - диполен момент на отделна молекула,

V - обемът на диелектрика.

В случай на изотропен диелектрик има връзка

= 0 = e0 (е-1) ,

където е е относителната проницаемост,

e 0 - електрически стана,

æ - диелектрична чувствителност на средата,

Електрическо напрежение на външното електрическо поле.

Физическа основа на електрическата проводимост на тъканите

при постоянен електрически ток. Галванизирането.

Електрофореза. Ефект на атмосферното електрическо поле

Земя на биообекти. аеройони

Когато постоянен електрически ток преминава през биологични обекти, има явления, които са характерни за електролитите (проводими токове) и диелектриците (поляризацията). Процесите на поляризация водят до образуването на електродвижещата сила на поляризацията E p , чието електрическо поле е противоположно на посоката на външното електрическо поле. В този случай напрежението U, приложено към електродите от източника на ток, не се променя (U = const), а електродвижещата сила на поляризацията Е n нараства с времето от 0 до E n max . Последното води до намаляване на стойността на тока от Imax до Imin в затворена електрическа верига. В резултат горепосоченият Закон за биологичното разнообразие на Ом ще има формата:

,

където R е съпротивлението на биотинкина.

Графично, това може да бъде изобразено по този начин (фигура 6):

Фиг. 6

По този начин физическите основи на действие върху биологичните тъкани на постоянен ток се основават на горепосочените предполагаеми електрически свойства на органите и тъканите:

- проводими токове в биологични течности като електролити;

- възникване на феномен на поляризация поради диелектрични свойства;

- явления на възбуждане на биообекти, дължащи се на преразпределение на йони;

- конформационни промени на биомолекули.

Галванизацията е медицинска техника, чрез която био-обект действа като постоянен ток с ниска мощност (няколко mA). Обща блокова диаграма на апаратурата за поцинковане (Фигура 7):

Фиг. 7

Електрофореза - местно администриране на наркотици под действието на постоянен електрически ток. Когато се провежда електрофореза, един от електродите е облицован с разтвор на подходящия лекарствен продукт. Разтворът на лекарството се разтваря в йони, които се движат в подходящи посоки. Лекарствата се въвеждат от този електрод, който те зареждат: аниони се въвеждат от катода, катиони - от анода. Например, от катода се вкарват хлор, бром, йод, пеницилин, от анода - калций, новокаин, хинин.

По този начин се формира атмосферното електрическо поле на Земята (Фигура 8):

Фиг. 8

Напрежение на атмосферното електрическо поле E atm »100 V / m. С промените в атмосферата атмосферата може да се различава няколко пъти. Това е една от причините за различно здравословно състояние при различни метеорологични условия. Механизмът на действие на атмосферното поле върху биообектите е аналогичен на горното: движение на йони, поляризация, възбуждане, конформационни промени на биомолекули.

При сухоземни условия въздухът винаги съдържа няколко йони, дължащи се на действието на естествените йонизатори, главно радиоактивни вещества в земната кора и в газовете, както и космическото излъчване.

Йони и електрони, които са във въздуха, могат да се прикрепят към неутрални молекули и суспендирани частици и да образуват по-сложни йони. Те се наричат aeroions . Аерозоните са разделени на леки (газови) и тежки (окачени натоварени частици - прах, частици от дим и влага) йони.

Положителните ефекти върху човешкото тяло имат леки отрицателни въздушни йони. Използването на такива йони за лечение се нарича аероинергия . Отделна природна аероиотерапия, която се свързва с присъствието на пациента в естествена среда с висока йонизация на въздуха (планини, водопади и др.) И изкуствено, което се осъществява с помощта на специални апарати - аероионализатори. Пример за изкуствена аероиотерапия е фриклинзация (електростатичен душ). Авиоанизаторът при този метод е постоянно електрическо поле с високо напрежение (до 50 kV). По принцип франклиннизацията, пациентът седи върху изолиран дървен стол, под който има метална плоча, свързана с положителния полюс на устройството. Над главата на пациента (на разстояние 10-15 см) поставете втория електрод под формата на "паяк". Една от модерните домакински уреди за аероиотерапия е полилей "Чижевски".

Магнитни свойства на материята. Магнитни свойства на тъканите

тялото. Физически основи на магнитологията

Под действието на външно магнитно поле всяко вещество променя своето състояние и от своя страна се превръща в източник на магнитно поле. От тази гледна точка всички вещества са магнетизъм .

Според Ампер има микроскопични токове във всяко тяло, които се дължат на движението на електрони в атоми и молекули. В резултат на орбиталните и въртящите (около собствената си ос) електронни движения, атомите придобиват магнитен момент , Магнитният момент на молекулата е векторната сума на магнитните моменти на атомите, от които се състои от:

,

Отбелязваме, че ядрата на някои атоми също имат магнитен момент, дължащ се на въртенето на протони.

Външното магнитно поле влияе върху ориентацията на частиците на материята, които имат магнитни моменти. Количествена оценка на това влияние е магнетизацията на дадено вещество:

,

където - магнитния момент на магнита, който е равен на векторната сума на магнитните моменти на отделните молекули,

V е обемът на магнита.

В слабите магнитни полета има връзка

,

където c - магнитната чувствителност на материята,

H - интензитет на външното магнитно поле.

Безмерното количество m = 1 + c се нарича магнитната пропускливост на дадено вещество.

Магнитите са разделени на три основни типа: парамагнити, диамагнетики и феромагнити.

Парамагнитните молекули (например Pt, Al) имат магнитен момент. Поради топлинното движение на молекулите техните магнитни моменти са хаотични, следователно, без външно влияние, парамагнитното вещество няма магнитни свойства. При излагане на парамагнитно поле на външно магнитно поле се определя предпочитаната ориентация на магнитните моменти на атомите по протежение на полето. По този начин парамагнитният магнетизъм се магнетизира и създава свое собствено магнитно поле, което съвпада с външното поле и го усилва.

Диамагнитните молекули (например Ag, Au, Cu) нямат магнитен момент. Под действието на външни атоми на магнитно поле се появява компонент на магнитното поле, който е насочен срещу външното поле. Тези компоненти на магнитните полета на атомите се добавят и създават действителното магнитно поле на веществото, което отслабва външното магнитно поле.

Феромагнитите са силно магнитни вещества, които могат да се магнетизират при отсъствие на външно магнитно поле. Според съвременните понятия феромагнитът се състои от голям брой микроскопични региони - домейни, които са способни на произволна магнетизация.

Тъканите на тялото са до голяма степен диамагнитни (например вода). В тялото обаче има и парамагнитни вещества (молекули и йони). Биотубите, които съществуват в тялото, са източници на слаби магнитни полета. В някои случаи индукцията на такива полета може да бъде измерена. Например, въз основа на регистрацията на зависимостта от времето на магнитното индуциране на сърцето е създаден диагностичен метод - магнитокардиография . Тъй като магнитната индукция е пропорционална на големината на тока, тогава по принцип магнитокардиограмата е подобна на електрокардиограмата, но за разлика от нея, тя се записва на разстояние и е безконтактна.

Магнитното поле влияе върху биологичните системи, които се намират в него. Тези влияния идват от секцията на биофизиката, която се нарича магнито-биология . Има информация за морфологичните промени в животните и растенията след престояване в постоянно магнитно поле, ориентацията на растенията в магнитното поле, влиянието на магнитното поле върху нервната система, кръвните характеристики и др. Въпреки това физическото естество на въздействието на магнитното поле все още не е установено.




Когато използвате материала, поставете връзка към bseen2.biz (0.091 сек.)