Проект научно-практической конференции Электрическиея явления в живой природе.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
Россошанская средняя общеобразовательная школа.
Работу выполнили : обучающиеся 8 класса
Руководитель: Омелянчук Л.А.
Оглавление.
Введение. Цели и задачи работы.
Основная часть
1.Группа физиков
История открытия электрического явления.
Что такое электрический ток?
2.Группа биохимиков
Биохимия электричества
Биоэлектричество в современном понимании
3.Группа биологов
Опыты Гальвани.
Человек и электричество
Влияние внешнего электрического тока на клетку и организм
Животные и электричество.
Птицы и электричество.
Рыбы и электричество.
Электричество и растения
Практическая часть
Демонстрация опытов, наблюдений.
3. Заключение
4.Список источников информации
Введение.
Цели и задачи работы.
Подготовить научно-практическую конференцию по теме «Электрические явления в живой природе»
Задачи:
Теоретически и экспериментально исследовать возникновение электричества в живой природе.
Установить факторы и условия, способствующие возникновению электричества в живой природе;
Установить характер воздействия электричества на живые организмы;
Продемонстрировать учащимся интеграцию знаний по физике, биологии, химии и информатике.
Данный проект можно использовать в рамках проведения урока физики , а так же при проведении предметной недели физики.
Объектом исследования в данной работы является использование информационных технологий , а предметом исследования – использование метода проектов . лежит развитие познавательных, творческих навыков учащихся, умений самостоятельно конструировать свои знания, умений ориентироваться в информационном пространстве, развитие крити ческого мышления.
Этапы работы над проектом
1.Подготовительный.
·Объединение обучающихся на подгруппы.
· Сообщение тем для работы в подгруппах.
Поиск материала(научно-популярная литература, Интернет, телепередачи, собственные наблюдения)
Консультации с учителем
2.Практический
· творческая работа с информацией,
· проведение опытов и наблюдений
создание презентаций, буклетов.
3.Заключительный
выступление подгрупп на конференции
показ презентаций, распространение буклетов.
Ведущий :Добрый день уважаемые гости, здравствуйте ребята!
У китайского народа есть пословица:
«Человек может стать умным тремя путями: путем подражания – это самый легкий путь, путем опыта – это самый трудный путь и путем размышления – это самый благородный путь».
И пусть сегодня каждый из вас выберет свой путь к знанию!
Ведущий. Характерной приметой нашего времени является взаимопроникновение различных наук. Например, биофизика - это наука о физических явлениях, протекающих в живых организмах и лежащих в основе жизненных процессов. Сегодня мы будем говорить о великом открытии в области физики, без которого современная жизнь человека представляется совсем иначе. Что же это за открытие? Найти ответ поможет загадка.
(Загадка)
Он бежит по проводам
В каждом доме он желан,
Но не вздумай с ним шутить,
Может он поколотить. (ответ: электрический ток)
Ведущий. Я предлагаю всем принять самое активное участие в нашей конференции.
Слово предоставляется группе физиков.
История открытия электрического явления.
Во взаимодействии с электромагнитными полями возникла и развилась жизнь на Земле. Электричество присуще всему живому, в том числе и наиболее сложной его форме – жизнедеятельности человека.
Очень много сделано учёными в изучении этого удивительного взаимодействия электричества и живого, но многое пока ещё скрывает от нас природа.
Одним из первых электричество привлекло внимание греческого философа Фалеса в VII веке до н. э., который обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч.
·
·
·
·
·
·
·
·: электрон) приобретает свойства притягивать легкие предметы[2]. Однако долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году появился сам термин электричество («янтарность»), а в1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания[3]. В 1729 годуангличанин Стивен Грей провел опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество[4]. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного исмоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть[5]. В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создает первый электрический конденсатор Лейденская банка.
Первую теорию электричества создает американец Б. Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения над электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний[6]. Изучение электричества переходит в категорию точной науки после открытия в 1785 году Закона Кулона.
Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой[1]. В 1802 году Василий Петров обнаружил вольтову дугу
Майкл Фарадей основоположник учения об электромагнитном поле
В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).
Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в1873 году.
В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).
В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд
Что такое электрический ток?
Электри
·чество совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Термин введён английским естествоиспытателем [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните Земле» ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся, прежде всего, в способности создавать вокруг себя [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (выбор, какой именно заряд назвать положительным, а какой отрицательным, считается в науке чисто условным, однако этот выбор уже исторически сделан и теперь хоть и условно за каждым из зарядов закреплен вполне определенный знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]) возникает [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и имеют, таким образом, место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ])В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] имеет отрицательный заряд, а [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] положительный. Итак, электрический ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов
Выступление группы биохимиков
Биохимия электричества
Биоэлектричество - электрические явления и процессы, возникающие в живых тканях организма. Также - воздействие электрического тока на живые ткани.
Биоэлектричество, естественные электрические процессы в живых организмах, лежащие в основе многих физиологических и поведенческих реакций. К проблемам биоэлектричества относят также все эффекты, возникающие в организме на различных его уровнях при воздействии электричества от внешних источников.
Исследование биоэлектричества имеет большое значение для понимания физико-химич. и физиологич. процессов в живых системах и применяется в клинике с диагностической целью (электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография
Прошло много времени, прежде чем человечеству удалось раскрыть тайну живого электричества. Пока не был изобретён электронный микроскоп, учёные не могли себе даже представить, что вокруг клетки находится настоящая «таможня» со своими строгими правилами «паспортного контроля» ионов натрия и калия. Мембрана животной клетки тонкая, не видимая невооружённым глазом оболочка, обладая полупроницаемыми свойствами, является надёжным гарантом сохранения жизнеспособности клетки. Оказалось, что все клетки заряжены и что заряд мембраны является неотъемлемым атрибутом её жизни. Пока клетка жива, у неё есть заряд. Заряд клетки возникает благодаря биохимическим процессам, протекающим в ней. Заряд существует тогда, когда есть разность между концентрациями ионов Na+/K+, определяемая перемещением этих ионов. Когда клетка работает, она теряет свой заряд.
Биоэлектричество в современном понимании
Все проявления жизнедеятельности организма зависят от сложных последовательностей химических реакций, в основе которых лежит, в частности, явление электричества. Иногда соответствующие процессы можно изучать, не рассматривая эти силы в явном виде. Такой подход вполне применим при исследовании, например, регуляции экспрессии генов или механизма иммунного ответа. Он гораздо менее успешен, когда речь идет о памяти, научении и регуляции регенеративных процессов. Трудности, с которыми сталкиваются исследователи, когда пытаются объяснить по крайней мере некоторые биологические явления – включая саму жизнь – исходя исключительно из биохимических концепций, заставляют их обратиться к биоэлектрическим факторам.
Современные представления о природе Б.п. зарождаются в конце XIX - начале XX веков. Ученый Вебер, проводя вслед за И.П. Тишковым исследования электропроводимости тела живого человека, пытался доказать, что тело человека можно рассматривать в качестве соляных растворов или обычных электролитов. Это положение много лет принималось за верное, хотя многие факты противоречат данным Вебера. Первая достаточно строгая гипотеза была выдвинута Чаговцем (1896), который предложил рассматривать их как диффузионные потенциалы, связанные с неравномерным распределением ионов. Основы современных представлений о механизмах генерации Б.п. были заложены Ю. Бернштейном (1902 - 1912), связавшим их возникновение со свойствами поверхностной мембраны клетки.
В сороковых годах венгерский биохимик Альберт Сцент-Дьёрдьи пришел к выводу, что феномен жизни нельзя должным образом объяснить просто наличием каких-то химических веществ: необходимо, чтобы эти вещества находились в определенном электрическом состоянии. Согласно этой точке зрения, живые и мертвые животные различаются по своему биоэлектрическому, а не биохимическому статусу. Блестящая идея сопоставления свойств гигантских биологических молекул со свойствами полупроводников, выдвинутая А. Сцент-Дьёрдьи вызвала огромный интерес. Ведь жизнь есть непрерывный процесс поглощения, преобразования и перемещения энергии различных значений и различных видов. Необходим механизм, объясняющий миграцию энергии вдоль молекул живого тела. Такой механизм, объясняющий многие процессы живого – это электронная теория полупроводников, разработанная в теории твердого тела. Макромолекула живого во многом равнозначна молекуле полупроводника, хотя происходящие в ней явления гораздо сложнее. Поэтому, имея централизованную систему анализа и управления функциями отдельных тканей, органов и организма в целом, а именно – мозг, электрическими импульсами можно воздействовать на клетки, изменяя их проводимости, а, значит, и другие свойства. Например было найдено вещество, способное служить катализатором некоторых реакций при действии на него электрического тока. Этим веществом была гелеподобная матрица. При изучении ее свойств было выяснено, что при подаче на нее незначительного напряжения (вырабатываемого клеткой) происходит существенное ускорение протекания химической реакции. А раз была найдена структура, требующая именно электрическую энергию, то необходимо найти своеобразный генератор биоэлектричества.
Идеи А. Сцент-Дьёрдьи привели к возрождению интереса к биоэлектричеству. Одним из первых результатов новых исследований в этой области стало обнаружениепьезоэлектрических свойств костной ткани, т.е. генерации в ней электричества при механическом воздействии (например, при нагрузке во время ходьбы). Известно, что если костная ткань не испытывает регулярной механической нагрузки, то ее механические свойства утрачиваются. Возможно, пьезоэлектричество – это «передаточное звено» между внешним воздействием (нагрузкой) и внутренними процессами (образованием новой костной ткани). Полученные экспериментальные данные подтверждают эту идею.
С разработкой микроэлектродной техники стало возможным изучение Б.п. в отдельных клетках и волокнах. Важное значение для выяснения механизмов генерации Б. п. имело использование гигантских нервных волокон головоногих моллюсков, гл. обр. кальмара. Диаметр этих волокон в 50 -100 раз больше, чем у позвоночных животных, он достигает 0,5-1 мм, что позволяет вводить внутрь волокна микроэлектроды, инъецировать в протоплазму различные вещества и т.п. Изучение ионной проницаемости мембраны гигантских нервных волокон позволило англ, физиологам А. Ходжкину, А. Хаксли и Б. Катцу (1947-52) сформулировать современную мембранную теорию возбуждения, принимаемую в настоящее время почти всеми электрофизиологами.
К шестидесятым годам научным сообществом было установлено два фундаментальных положения: 1) электрическая активность свойственна не только животным, но и всем другим биологическим объектам; 2) многие формы электрической активности, наблюдаемые у животных, имеют место и у других организмов.
Слово предоставляется группе биологов.
Опыты Гальвани.
А вот история развития источников тока очень интересна. В конце 1780 года профессор анатомии в Болонье занимался в своей лаборатории изучением нервной системы лягушек. Одну изпрепарированных лягушек он положил на стол, на котором стояла электрическая машина. В это время в комнату вошла жена профессора, и её взору предстало следующее: при появлении искр в электрической машине лапки лягушки, касающиеся скальпеля, дёргались. Сеньора с ужасом указала на это мужу. В то время профессору было 34 года. Последующие 25 лет своей жизни он потратил на то, чтобы найти разумное объяснение этому удивительному явлению.
Вопросы: Кто может назвать фамилию профессора?
Пионером исследования роли электрического поля в живом организме явился профессор анатомии из Болонского университета Луиджи Гальвани. Начиная с 1775 года он стал интересоваться взаимосвязью между "электричеством и жизнью". В конце 1780 года Л.Гальвани занимался в своей лаборатории изучением нервной системы отпрепарированных лягушек.
Совершенно случайно получилось так, что в той же комнате работал его приятель-физик, производивший опыты с электричеством. Одну из препарированных лягушек Гальвани положил на стол, на котором стояла электрическая машина (генератор статического электричества), и каждый раз, когда машина давала разряд, мышца лягушки сокращалась.
В это время в комнату вошла жена Гальвани. Ее взору предстала жуткая картина: при искрах в электрической машине лапки мертвой лягушки, прикасавшиеся к железному предмету (скальпелю), дергались. Жена Гальвани с ужасом указала на это мужу.
Столкнувшись с необъясненным явлением, Гальвани счел за лучшее детально исследовать его на опыте.
Последуем же за Гальвани в его опытах.
«Я разрезал лягушку и положил ее без всякого умысла на стол, где на некотором расстоянии стояла электрическая машина. Случайно один из моих ассистентов дотронулся до нерва лягушки скальпелем и в тот же момент мускулы лапки содрогнулись как бы в конвульсиях
Другой ассистент, обыкновенно помогавший мне в опытах по электричеству, заметил, что явление это происходило лишь тогда, когда из машины извлекалась искра.
Пораженным новым явлением, я тотчас же обратил на него внимание, хотя замышлял в этот момент совсем иное и был всецело поглощен своими мыслями. Меня охватила неимоверная жажда и рвение исследовать это и пролить свет на то, что было под этим скрыто.»
Гальвани решил, что все дело в электрических искрах. Чтобы получить более сильный эффект, он во время грозы вывесил на балкон несколько отпрепарированных лягушачьих лапок на медных проволочках. Однако молнии – гигантские электрические разряды никак не повлияли на поведение отпрепарированных лягушек. Что не удалось молнии, сделал ветер. При порывах ветра лягушачьи лапки раскачивались и иногда касались железных прутьев балкона. Как только это случилось, лапки дергались. Гальвани, однако, отнес явление все-таки на счет грозовых электрических разрядов.
«После успешных опытов во время грозы я пожелал, - пишет Гальвани, - обнаружить действие атмосферного электричества в ясную погоду. Поводом для этого послужило наблюдение, сделанное мною над заготовленными лапками лягушки, которые, зацепленные медным крючком, были подвешены на железную решетку забора моего сада: лапки содрогались не только во время грозы, но и тогда, когда небо было совершенно ясно. Подозревая, что эти явления происходят вследствие изменения атмосферы в течение дня, я предпринял опыты.
Когда я производил под открытым небом, я был склонен принять теорию, что сокращения возникают вследствие атмосферного электричества, которое, постепенно проникнув в животное и собравшись в нем, неожиданно разряжалось, когда крючок приходил в соприкосновение с железными перилами.
Но, однако, в продолжение ряда дней в различные часы я наблюдал подвешенную на заборе лапку, но не обнаружил каких-либо движений в ее мускулах.
Когда же я перенес лягушку в комнату, положил на железную дощечку и прижал медный крючок к дощечке, те же самые спазматические содрогания были налицо.
Так легко обманываем мы себя при опытах и думаем, что действительно видели то, что желаем видеть.
Я произвел опыт с разными металлами в различные часы дня в разных местах – результат был один и тот же, разница была в том, что содрогания были более сильные при одних металлах, чем при других.
Затем я испытал различные тела, которые не являются проводником электричества, например стекло, смолу, резину, камень, и сухое дерево.
Явлений не было.
Это было несколько неожиданно и заставило меня предположить, что элекутричество находится внутри животного»
Гальвани провел, по сути дела, все эксперименты, чтобы получить правильные выводы. Гальвани заключил, что каким-то образом электричество "входит" в нерв и это приводит к сокращению мышцы. Он показал, что для эффекта необходимы металлы. Пять лет он посвятил изучению роли различных металлов в их способности вызывать мышечные сокращения. При наличии тел, не являющихся проводниками электричества, никакого эффекта нет. Гальвани пришел к выводу, что если нерв и мышца лежат на одинаковых металлических пластинах, то замыкание пластин проволокой не дает никакого эффекта. Но если пластины изготовлены из разных металлов, их замыкание сопровождается мышечным сокращением. Наконец, он показал даже, что разные металлы дают разную степень эффекта. Но правильного вывода Гальвани не сумел сделать. Будучи врачом, а не физиком, он видел причину в так называемом «животном электричестве». Свою теорию Гальвани подтверждал ссылкой на известные случаи разрядов, которые способны производить некоторые живые существа, например «электрические рыбы».
Человек и электричество.
С точки зрения физики человек – это живая электростанция, непрерывно вырабатывающая энергию в организме в виде статического электричества. Тело человека является хорошим проводником электрического тока. Мы с вами знаем, что сила тока определяется не только напряжением, но и сопротивлением. Сопротивление человека сильно зависит от индивидуальных особенностей кожного покрова. Электрическое сопротивление человека лежит в пределах 3 – 100000 Ом. «Лишнее» электричество может привести к серьёзным сбоям в работе органов и оно обязательно должно выводиться из организма способом заземления.
На протяжении тысячелетий наши предки ходили по земле босиком, заземляясь естественным путем. «Сбросить» её не трудно: достаточно в течение 3 - 5 минут подержаться за любые металлические предметы: водопроводные краны, батареи и т. п. , причём лучше всего делать это регулярно, несколько раз в день.
Электрический ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна разности потенциалов, то есть напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи. Прикоснувшись к проводнику, находящемуся под напряжением, человек включает себя в электрическую цепь, если он плохо изолирован от земли или одновременно касается объекта с другим значением потенциала. В этом случае через тело человека проходит электрический ток. Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний характер. Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое, биологическое и световое воздействие. При термическом действии происходит перегрев и функциональное расстройство органов на пути прохождения тока. Электролитическое действие тока выражается в электролизе жидкости в тканях организма, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава. Механическое действие приводит к разрыву тканей, расслоению, ударному действию испарения жидкости из тканей организма. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва. Биологическое действие тока выражается в раздражении и перевозбуждении нервной системы. Световое действие приводит к поражению глаз. Характер и глубина воздействия электрического тока на организм человека зависит от силы и рода тока, времени его действия, пути прохождения через тело человека, физического и психологического состояния последнего. Так, сопротивление человека в нормальных условиях при сухой неповрежденной коже составляет сотни килоом, но при неблагоприятных условиях может упасть до 1 килоома. Ощутимым является ток около 1 мА. При большем токе человек начинает ощущать неприятные болезненные сокращения мышц, а при токе 12-15 мА уже не в состоянии управлять своей мышечной системой и не может самостоятельно оторваться от источника тока. Такой ток называется неотпускающим. Действие тока свыше 25 мА на мышечные ткани ведет к параличу дыхательных мышц и остановке дыхания. При дальнейшем увеличении тока может наступить фибрилляция сердца. Переменный ток более опасен, чем постоянный. Имеет значение то, какими участками тела человек касается токоведущей части. Наиболее опасны те пути, при которых поражается головной или спинной мозг (голова-руки, голова-ноги), сердце и легкие (руки-ноги). Любые электроработы нужно вести вдали от заземленных элементов оборудования (в том числе водопроводных труб, труб и радиаторов отопления), чтобы исключить случайное прикосновение к ним. Виды поражения организма человека электротоком. Характерным случаем попадания под напряжение является соприкосновение с одним полюсом или фазой источника тока. Напряжение, действующее при этом на человека, называется напряжением прикосновения. Особенно опасны участки, расположенные на висках, спине, тыльных сторонах рук, голенях, затылке и шее. Повышенную опасность представляют помещения с металлическими, земляными полами, сырые. Особенно опасные – помещения с парами кислот и щелочей в воздухе. Безопасными для жизни является напряжение не выше 42 В для сухих, отапливаемых с токонепроводящими полами помещений без повышенной опасности, не выше 36 В для помещений с повышенной опасностью (металлические, земляные, кирпичные полы, сырость, возможность касания заземленных элементов конструкций), не выше 12 В для особо опасных помещений, имеющих химически активную среду или два и более признаков помещений с повышенной опасностью. В случае, когда человек оказывается вблизи упавшего на землю провода, находящегося под напряжением, возникает опасность поражения шаговым напряжением. Напряжение шага – это напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Такую цепь создает растекающийся по земле от провода ток. Оказавшись в зоне растекания тока, человек должен соединить ноги вместе и, не спеша, выходить из опасной зоны так, чтобы при передвижении ступня одной ноги не выходила полностью за ступню другой. При случайном падении можно коснуться земли руками, чем увеличить разность потенциалов и опасность поражения. Действие электрического тока на организм характеризуется основными поражающими факторами: - электрический удар, возбуждающий мышцы тела, приводящий к судорогам, остановке дыхания и сердца; - электрические ожоги, возникающие в результате выделения тепла при прохождении тока через тело человека; в зависимости от параметров электрической цепи и состояния человека может возникнуть покраснение кожи, ожог с образованием пузырей или обугливанием тканей; при расплавлении металла происходит металлизация кожи с проникновением в нее кусочков металла. Электронная теория существования живых организмов. Реаниматология – наука о спасении жизни достигла очень многих успехов, и основные связаны с активностью сердца. Существуют приборы, способные регистрировать биоэлектрическую активность сердца. И вот один из работников реанимации сделал следующее наблюдение: жизнь человека угасает, но кривая, характеризующая электрическую активность сердца, сохраняет свою форму. Пока сохраняется электрическая активность сердца, борьба за жизнь продолжается, и во многих случаях её удается спасти. Что же происходит, если наступает смерть? Появляются изменения электрической активности (фиксируемые кардиограммой), которые очень быстро нарастают, а затем электрическая активность пропадает. Беспорядочные отдельные электрические импульсы наблюдаются иногда в течение часа. Число молекул и атомов (количества вещества, из которого состоят ткани) осталось одним и тем же. Из процессов изменилось только движение зарядоносителей – электронов и ионов. Может, в этом заключается тайна смерти и жизни, и очень вероятно, что со временем исследователи установят закономерность движения зарядоносителей с процессами жизнедеятельности.
Влияние внешнего электрического тока на клетку и организм
При похождении электрического тока через организм человека наблюдается разные действия Сила тока при частоте 60 Гц Эффект действия тока
0-0,5 мА Отсутствует 0,5-2 мА Потеря чувствительности 2-10 мА Боль, мышечные сокращения 10-20 мА Растущее воздействие на мышцы, некоторые повреждения 16 мА Ток, выше которого человек уже не может освободиться от электродов 20-100 мА Дыхательный паралич 100 мА – 3А Смертельные желудочковые фибрилляции (необходима немедленная реанимация) Более 3А Остановка сердца. (Если шок был кратким, сердце можно реанимировать.) Тяжелые ожоги Несколько веков назад впервые было описано поражение человека током при случайном соприкосновении с токоведущими частями. Смерть наступила мгновенно. Подобные случаи смерти, вызванной электрическим током, начали регистрировать и изучать; при этом по мере расширения применения электричества число их росло. Мнение было единое – смерть наступает мгновенно, без каких-либо, как правило, признаков существенных изменений на теле. Исключение составляли случаи, когда поражение сопровождалось ожогом электрической дуги. Важно одно: при мгновенной смерти от электрического тока, по- видимому, имеет место нарушение электропроводимости центральной нервной системы, управляющей основными, жизненно необходимыми функциями организма. Так как все реакции, происходящие внутри организма, регулируются импульсами электрического тока, то можно предположить, что изменение последовательности подачи импульсов, их амплитуды, частоты появления и влечет за собой изменения прежде всего на клеточном уровне. Объяснить это можно только нарушением движения зарядоносителей в клетках центральной и периферической нервной систем и их связях, которое может возникнуть в ряде случаев и при очень маленьких напряжениях и токах от внешних источниках напряжения, а это нарушение приводит к полному или частичному прекращению питания клеток кислородом. Выше было показано, что в сложных биополимерных системах, энергия связи между электронами и ядром очень мала. Она может достигать 0,01 эВ и даже меньше. При токе 1 мкА, прошедшем через тело человека при электротравме, в его тканях поглощается энергия, на много порядков превышающая энергию связи электронной структуры нервной системы, и поэтому есть все основания предполагать, что даже при очень малых токах может быть нарушена электропроводимость в организме, и, как следствие, могут наступить серьезные нарушения состояния человека. Вероятно, что в результате подобного изменения нарушается усваивание кислорода клеткой и она погибает. При этом для того, чтобы необратимые изменения наступили, необходимо совсем небольшое напряжение. Самое интересное заключается в том, почему при выполнении казни преступников посредством электрического стула используя большое напряжение (от 2000) и значительные силы тока смерть наступает через долгий промежуток времени. Для ускорения ее необходимо либо увеличить напряжение в несколько раз, либо прикладывать это же напряжение на долгий срок. Вероятно, что при подаче очень высокого напряжения включается своеобразный механизм защиты – весь организм или только кожа принимает свойство полупроводника обладать огромным сопротивлением при подаче обратного напряжения, причем тело человека всегда будет обладать наибольшим сопротивлением независимо от направления тока. Возможно так своеобразно действуют особые клетки, входящие в состав организма. Это служит доказательством специфической проводимости живого организма при несомненном наличии в ней электронной и электронно-дырочной проводимостей. Но электрический ток обладает не только смертоносным действием. Он может и помогать людям. Например, в ходе экспериментов по взаимодействию биотоков человека и электрического тока был разработан аппарат под названием «Электросон». Его действие основано на прохождении через тело человека импульсов тока с частотой в несколько сотен килогерц небольшой амплитуды. Электроды при этом накладываются на области висков. Через несколько десятков секунд после включения электрического тока человек засыпает. Результаты ученых позволяют утверждать, что данный аппарат не оказывает побочного влияния на организм человека, в противоположность наркотическим средствам, применяемым для введения человека в состояние глубокого сна, необходимого для обезбаливания в процессе операции. Выход из сна в данном случае очень длителен и опасен, в то время как. отключив «электросон», пробуждение происходит течение нескольких минут без последствий для оперируемого. Электроток может применяться и для введения лекарственных веществ через кожу. При этом процесс совершенно безболезненный и безвредный. Происходит он по свойствам электролиза. В данном случае электрический ток переносит ионы препарата в организм человека, не нарушая структуры его защитной оболочки. Называется это явление электрофорезом. Как было сказано выше тело человека обладает различным сопротивлением – от нескольких сотен килоом до десятков ом. Причем наименьшим сопротивлением обладают особые точки, являющиеся пересечением регулирующих волокон. При воздействии тока на эти точки можно изменять направление течения процессов, следовательно изменять состояние органов и тканей. Раньше воздействие осуществлялось посредством игл, теперь же выяснено, что более мощным стимулирующим действием обладает ток определенной частоты. Уже созданы и используются в медицине электростимуляторы точек. Очень интересен с точки зрения физики феномен телекинеза: перемещения предметов человеком одним усилием воли. При исследованиях было обнаружено, что в момент перемещения на руках экстрасенса присутствует своеобразный пар из заряженных частиц. Значит объяснить перемещение предметов можно используя свойства электростатического отталкивания и притягивания тел. Другое дело как образуется этот «пар». Скорее всего в этот момент клетки начинают генерировать огромное количество энергии, выходящее из организма посредством клеток-выводов, способных накапливать весьма большой заряд. Такое вполне возможно, учитывая, что емкость тела зависит от расстояния между обкладками и площадью обкладок. На коже расположено огромное количество клеток, которые вполне могут являться конденсаторами, где обкладками будут являться мембраны, а диэлектриком – какое-то органическое образование, например, цитоплазма
Животные и электричество
Поглаживая в темноте кошку сухой ладонью, можно заметить небольшие искорки, возникающие между рукой и шерстью. Что здесь происходит? При поглаживании кошки происходит электризация руки с последующим искровым разрядом. Гальвани делал следующий опыт. Соединив две проволоки из различных металлов, он концом одной из них касался лапки свежепрепарированной лягушки, а концом другой - поясничных нервов; при этом мускулы лапки судорожно сокращались. Как объяснить это явления? Два металла и жидкость лапки составляют гальванический элемент. Ток, возникающий при замыкании цепи, раздражает нервные окончания лягушки. Писатель Б. Житков рассказывает о таком случае: "Однажды в начале лета я ехал верхом поймой реки. Небо было одето тучами, собиралась гроза. И вдруг я увидел, что кончики ушей лошади начали светиться. Сейчас же над ними образовались будто пучки голубоватого огня с неясными очертаниями. Огоньки эти точно струились. Затем струи света побежали по гриве лошади и по ее голове. Все это продолжалось не более минуты. Хлынул дождик, и удивительные огни исчезли". Описанное явление носит название "огни Эльма". Это очень редкое явление природы. На остриях, на столбах оград, иногда даже на головах людей появляется голубоватый свет. Это тихий разряд - движение электрических зарядов в воздухе при атмосферном давлении и высоком напряжении.
Электрическая активность оказалась неотъемлемым свойством
живой материи. Электричество наиболее развито у рыб.
В настоящее время известно, что из 20 тыс. современных видов рыб
около 300 способны создавать и использовать биоэлектрические поля.
Наблюдения показали, что многие рыбы имеют особые электрические органы, своего рода «батареи», вырабатывающие большие напряжения. Угорь имеет электрические органы, занимающие 4/5 длины тела. Дает разряд до 650 В. Напряжение тока у разных видов скатов колеблется от 80 до 300В. Тело африканского речного сома обернуто, как шубой, студенистым слоем, в котором образуется электрический ток. На долю электрических органов приходится около четверти веса всего сома. Напряжение разрядов его достигает 360 В. Акулы используют электричество иначе. Под кожей их головы прячется много маленьких электрочувствительных органов. По малым электрическим полям, которые создают ее мышцы, хищницы находят жертву. Величина этих полей в воде всего 5 мВ, но этого достаточно, чтобы акула могла найти притаившуюся рыбку. Часто электричество служит орудием защиты. Удивительным является то обстоятельство, что на тело самой рыбы это высокое напряжение никакого действия не оказывает! Но существуют случаи нападения электрических рыб на людей. Известный австралийский телеведущий и исследователь дикой природы Стив Ирвин приобрел известность, благодаря работе с крокодилами, змеями и ядовитыми пауками. Его документальные фильмы пользовались популярностью во всем мире, а телепередача "Охотник на крокодилов" закрепила за ним соответствующее прозвище. 44 - летний Ирвин работал над документальным фильмом о жизни обитателей морского дна у берегов Австралии и погиб во время подводных съемок от удара электрического ската в грудь. На место происшествия немедленно прибыл вертолет с врачами, однако спасти Ирвина не удалось.
Птицы и электричество.
Почему птицы безнаказанно садятся на провода высоковольтной передачи? Тело сидящей на проводе птицы представляет собою ответвление цепи, включенное параллельно участку проводника между лапками птицы. При параллельном соединении двух участков цепи величина токов в них обратно пропорциональна сопротивлению. Сопротивление тела птицы огромно по сравнению с сопротивлением небольшой длины проводника, поэтому величина тока в теле птицы ничтожна и безвредна. Следует добавить еще, что разность потенциалов на участке между ногами птицы мала. Бывают случаи, когда птицу, сидящую на проводе линии электропередачи, убивает током. При каких обстоятельствах это может произойти? Птицы чаще всего гибнут в тех случаях, когда они, сидя на проводе линии электропередачи, касаются столба крылом, хвостом или клювом, то есть соединяются с землей. Почему птицы слетают с провода высокого напряжения, когда включают ток? При включении высокого напряжения на перьях птицы возникает статический электрический заряд, из-за наличия которого перья птицы расходятся, как расходятся кисти бумажного султана, соединенного с электростатической машиной. Это действие статического заряда и побуждает птицу слететь с провода.
В клетках, тканях и органах животных и растений между отдельными их участками возникает определенная разность потенциалов, так называемые биоэлектропотенциалы, которые связаны с процессами обмена в организме. Какова величина биопотенциалов? Эти биоэлектропотенциалы очень малы. Напряжение их колеблется от нескольких микровольт до десятков милливольт. Для регистрации таких потенциалов, изменяющихся во времени, требуются очень чувствительные приборы, позволяющие без искажения регистрировать биотоки живой ткани. Электрическая активность оказалась неотъемлемым свойством живой материи. Электричество генерирует нервные, мышечные и железистые клетки всех живых существ, однако наиболее развита эта способность у рыб.
Рыбы и электричество.
Рыбы используют разряды:
чтобы освещать свой путь;
для защиты, нападения и оглушения жертвы;
- передают сигналы друг другу и обнаруживают заблаговременно препятствия Каких рыб называют живыми электростанциями? Как велико напряжение, создаваемое ими? Самыми известными электрическими рыбами являются электрический угорь, электрический скат и электрический сом. У этих рыб имеются специальные органы для накопления электрической энергии. Небольшие напряжения, возникающие в обычных мышечных волокнах, суммируются здесь благодаря последовательному включению множества отдельных элементов, которые нервами, как проводниками, соединены в длинные батареи.
Среди других электрических рыб особенно выделяется скат торпедо, который встречается в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах. Размеры торпедо достигают двух метров. Каждый орган состоит из множества «колодцев», вертикальных по отношению к поверхности тела и сгруппированных подобно пчелиным сотам. В каждом колодце, заполненном студенистым веществом, помещается столбик из 350-400 лежащих друг на друге дисков. Диски выполняют роль электродов в электрической батарее. Вся система приводится в действие особой электрической долей мозга.
Торпедо способен в течение 10-16 с давать до 150 разрядов в секунду, по 80 В каждый. Электрические органы крупных торпедо развивают напряжение до 220 В.
Напряжения тока, вырабатываемого угрем, достаточно, чтобы убить в воде рыбу или лягушку. Он может произвести удар мощностью больше чем в 500 вольт! Угорь создает особенно сильное напряжение тока, когда изогнется дугой так, что жертва находится между его хвостом и головой: получается замкнутое электрическое кольцо.
У электрического угря, обитающего в водах тропической Америки, насчитывается до 8 тысяч пластинок, отделенных одна от другой студенистым веществом. К каждой пластинке подходит нерв, идущий от спинного мозга. С точки зрения физики эти приспособления представляют своего рода систему конденсаторов большой емкости. Угорь, накапливая электрическую энергию в этих конденсаторах и по своему усмотрению разряжая ее через тело, прикасающееся к нему, производит электрические удары, чрезвычайно чувствительные для человека и смертельные для мелких животных. Напряжения тока, вырабатываемого угрем, достаточно, чтобы убить в воде рыбу или лягушку. Он может произвести удар мощностью больше чем в 500 вольт! Угорь создает особенно сильное напряжение тока, когда изогнется дугой так, что жертва находится между его хвостом и головой: получается замкнутое электрическое кольцо.
Тело африканского речного сома обернуто, как шубой, студенистым слоем, в котором образуется электрический ток. На долю электрических органов приходится около четверти веса всего сома.
Напряжение разрядов его достигает 360 В, оно опасно даже для человека и, конечно, гибельно для рыб.
Характерная особенность рыб, имеющих электрические органы,- их малая восприимчивость к действию электрического тока. Так, например, электрический угорь без вреда для себя переносит напряжение 220 В. Племена, живущие по отдаленным притокам южноамериканских рек Амазонки, Ориноко и других, в местах брода у каждого берега держат на привязи лошадей. Когда кто-то хочет переправиться на противоположный берег, то он вначале гонит перед собой лошадь (но не едет на ней!), а сам идет следом за лошадью. Обратный путь он проделывает таким же образом. Чем объясняется этот весьма своеобразный способ переправы? В реках северо-восточной части Южной Америки обитает самая мощная из всех известных электрических рыб - электрический угорь. Почти двухметровые рыбы заставляют прыгнуть стрелку вольтметра до 550 В и производят достаточно тока, чтобы полдюжины стоваттных лампочек вспыхнули, как электрическая реклама. По этой причине племена, живущие по притокам этих рек, в местах брода, там, где водится много электрических угрей, устраивают переправу с помощью лошадей. Электрические угри разряжают свои батареи о ноги лошадей и не успевают перезарядить это оружие, так что люди переходят реку невредимыми. Морские миноги всегда приходят в возбуждение от одного присутствия в воде минимального количества химических веществ, выделяемых рыбами, которыми они питаются. Но только одной химической чувствительности недостаточно для захвата добычи, если, конечно, миноги не наткнутся на нее случайно. Их глаза настолько атрофированы, что не могут приносить какую-либо пользу в данном случае. Каким же образом минога может поймать свою жертву? Морская минога в возбужденном состоянии излучает короткие электрические импульсы. Каждый такой импульс представляет собой электрический ток, который из одной части тела миноги через воду попадает в другую. Минога воспринимает любые изменения посланного ею импульса. Обычно такое изменение означает, что не далее чем сантиметрах в десяти от головы находится какой-то объект, отличающегося по своей электрической проводимости от воды. Часто этот объект оказывается рыбой, к которой минога тут же присасывается бесчелюстным ртом и начинает "просверливать" отверстие, добираясь до крови.
Электричество и растения
Изучению «растительного электричества» в XIX в. было уделено немало внимания. Первые попытки обнаружения токов действия у растений предпринимались именно на тканях, способных к сокращению.
Токи действия в растительных тканях были обнаружены в опытах с
черешками мимозы, способными совершать механические движения под
влиянием внешних раздражителей.
У смолистого дерева (сосны) электрический ток проходит по наружным слоям ствола. В лиственных деревьях ток проходит внутри ствола по сердцевине, где много сока, который под действием тока закипает, и пары разрывают дерево.
Способность многих цветов и листьев складываться или раскрываться в зависимости от времени суток также обусловливается электрическими сигналами, представляющими собой потенциал действия. Закрытие листьев можно стимулировать искусственно с помощью электрического раздражения. Однако наиболее интересные результаты были получены в конце прошлого века, в закрывающихся листьев насекомоядного растения – так называемой венериной мухоловки. Оказалось, что в момент сворачивания края листа в его тканях возникают точно такие же токи действия, как в мышце при сокращении!
Практическая часть
Опыт с лимоном
Вставь в лимон проводники. Подсоедините к ним соединительные провода. Возьми два свободных конца провода, и соедините с вольтметром.
Что произошло?
Вольтметр показал 1 вольт!
Объяснение : В результате реакций между разными металлами и растворами лимонной или яблочной кислот происходит разделение электрических зарядов. На одном проводнике накапливается положительный заряд, на другом отрицательный заряд. В результате возникает электрический ток, а лимон является источником тока.
Опыт с картофелем.(см опыт с лимоном)
Опыт с расческой.
Для того, чтобы выяснить, как электричество влияет на человека, мы проведем опыт.
Возьмём две расчески деревянную и пластмассовую. Расчесав волосы (сухие) расческами, выяснилось, что после этого волосы притягиваются к расчёске. Но лучше они притягиваются к пластмассовой расческе, а не к деревянной. Это можно объяснить тем, что дерево хуже электризуется. Перед натиранием расчёски о волосы количество положительных и отрицательных зарядов на волосах и расчёске одно и тоже. После натирания расчески о волосы на последних появляется положительный заряд, а на расчёске – отрицательный. Следовательно,
когда электризуются волосы это не очень удобно и вообще не естественно, поэтому лучше пользоваться деревянными расчёсками, это будет лучше для ваших волос и для вас.
Заключение.
Конечно, электрическая энергия растений и животных, в настоящее время не могут заменить полноценные мощные источники энергии. Однако и недооценивать их не стоит.
С развитием современных нанотехнологий и энергосберегающих решений наука может дойти до такого совершенства, когда например, миниатюрные системы можно будет годами питать, просто воткнув их в ствол. Начало уже положено, а будущее – за нашим молодым поколением, которому предстоит стать разработчиками новейших технологий и производств, направленных на развитие экономики страны. Подводя итог нашей работе мы хотим сказать, что природа буквально пронизана электрическим током. Любой организм живущий на планете Земля, обладает зарядом, какой-то в большей степени, какой-то в меньшей. Электрический ток присутствует в таких загадочных явлениях, как молния. Благодаря зарядам тел существует и вращается наша планета. Мы живём благодаря току.
Список источников информации
Ботт Э. Использование Microsoft Office 2000. Специальное издание: Пер. с англ.: Уч. Пос. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2000.-1024с,
ru.wikipedia.org/wiki/Электричество
Живое электричество в жизни человека | SmartGrid.ru
www.smartgrid.ru/smart-wiki/.../zhivoe-elektrichestvo-v-zhizni-chelovek..
Электричество в живых организмах - Животные и птицы
zooflora.ru/zhivotnye-i-pticy/elektrichestvo-v-zhivyx-organizmax/
Электрические рыбы www.zoodrug.ru Животные
Биоэлектричество | Энциклопедия Кругосвет
www.krugosvet.ru/enc/nauka_i.../BIOELEKTRICHESTVO.html
Биоэлектричество - Химические источники тока
www.powerinfo.ru/bioelectricity.php
Проект научно-практической конференции
по физике:
"Электрические явления в живой природе"Arial Blackзђ Заголовок 1¬ђ Заголовок 2¬ђ Заголовок 315