Проект биология электричество в живых организмах. Презентация на тему "электричество в живой природе"

Продолжаем публикацию научно-популярных лекций, прочитанных молодыми вузовскими преподавателями, получившими гранты Благотворительного фонда В. Потанина. На этот раз предлагаем вниманию читателей изложение лекции, которую прочла доцент кафедры физиологии человека и животных Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского кандидат биологических наук Оксана Семячкина-Глушковская.

Живые электростанции

Электричество играет порой невидимую, но жизненно важную роль в существовании многих организмов, включая человека.

Удивительно, но электричество вошло в нашу жизнь благодаря животным, в частности электрическим рыбам. Например, в основе электрофизиологического направления в медицине лежит использование в лечебных процедурах электрических скатов. Живые источники электричества в свою врачебную практику впервые ввёл известный древнеримский врач Клавдий Гален. Сын богатого архитектора, Гален получил вместе с хорошим образованием внушительное наследство, что позволило ему путешествовать в течение нескольких лет по берегам Средиземного моря. Однажды в одной из маленьких деревушек Гален увидел странное зрелище: двое местных жителей шли ему навстречу с привязанными к голове скатами. Это «обезболивающее средство» нашло применение при лечении ран гладиаторов в Риме, куда Гален вернулся после завершения путешествия. Своеобразные физиопроцедуры оказались настолько действенными, что даже император Марк Антоний, страдавший болями в спине, рискнул воспользоваться непривычным способом лечения. Избавившись от изнурительного недуга, император назначил Галена личным врачом.

Однако многие электрические рыбы используют электричество далеко не в мирных целях, в частности для того, чтобы убивать свою добычу.

Впервые европейцы столкнулись с чудовищными живыми электростанциями в джунглях Южной Америки. Отряд искателей приключений, проникших в верховья Амазонки, наткнулся на множество мелких ручейков. Но как только один из участников экспедиции ступил ногой в тёплую воду ручейка, он упал без сознания и пробыл в таком состоянии два дня. Всё дело было в электрических угрях, обитающих в этих широтах. Амазонские электрические угри, достигающие трёх метров в длину, способны генерировать электричество напряжением более 550 В. Электрический удар в пресной воде оглушает добычу, которая обычно состоит из рыб и лягушек, но способен также убить человека и даже лошадь, если они в момент разряда находятся вблизи угря.

Неизвестно, когда бы всерьёз человечество взялось за электричество, если бы не удивительный случай, произошедший с женой известного болонского профессора Луиджи Гальвани. Не секрет, что итальянцы славятся широтой вкусовых пристрастий. Поэтому они не прочь иногда побаловаться лягушачьими лапками. День был ненастный, дул сильный ветер. Когда сеньора Гальвани зашла в мясную лавку, то её глазам открылась ужасная картина. Лапки мёртвых лягушек, словно живые, дёргались, когда касались железных перил при сильном порыве ветра. Сеньора так надоедала мужу своими рассказами о близости мясника с нечистой силой, что профессор решил сам выяснить, что же происходит на самом деле.

Это был тот самый счастливый случай, который разом перевернул жизнь итальянского анатома и физиолога. Принеся домой лягушачьи лапки, Гальвани убедился в правдивости слов жены: они действительно дёргались, когда касались железных предметов. В то время профессору было всего 34 года. Последующие 25 лет он потратил на то, чтобы найти разумное объяснение этому удивительному явлению. Результатом многолетних трудов явилась книга «Трактаты о силе электричества при мышечном движении», которая стала настоящим бестселлером и взволновала умы многих исследователей. Впервые заговорили о том, что электричество есть в каждом из нас и что именно нервы являются своеобразными «электропроводами». Гальвани казалось, что мышцы накапливают в себе электричество, а при сокращении испускают его. Эта гипотеза требовала дальнейших исследований. Но политические события, связанные с приходом к власти Наполеона Бонапарта, помешали профессору закончить эксперименты. В силу своего вольнодумства Гальвани был в бесчестии изгнан из университета и через год после этих трагических событий скончался в возрасте шестидесяти одного года.

И всё-таки судьбе было угодно, чтобы труды Гальвани нашли своё продолжение. Соотечественник Гальвани Алессандро Вольта, прочитав его книгу, пришёл к мысли о том, что в основе живого электричества лежат химические процессы, и создал прообраз привычных для нас батареек.

Биохимия электричества

Прошло ещё два века, 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». Мембрана животной клетки - тонкая, не видимая невооружённым глазом оболочка, - обладая полупроницаемыми свойствами, является надёжным гарантом сохранения жизнеспособности клетки (поддержания её гомеостаза).

Но вернёмся к электричеству. Какая существует взаимосвязь между мембраной клетки и живым электричеством?

Итак, первая половина XX века, 1936 год. В Англии зоолог Джон Юнг публикует методику препарирования нервного волокна головоногого моллюска. Диаметр волокна достигал 1 мм. Такой видимый глазу «гигантский» нерв сохранял способность проводить электричество даже вне организма в морской воде. Вот тот самый «золотой ключик», с помощью которого будет открыта дверь в тайны живого электричества. Прошло всего три года, и соотечественники Юнга - профессор Эндрю Хаксли и его ученик Алан Ходжкин, вооружившись электродами, поставили серию экспериментов на этом нерве, результаты которых перевернули мировоззрение и «зажгли зелёный свет» на пути к электрофизиологии.

Отправной точкой в этих исследованиях явилась книга Гальвани, а именно описание им тока повреждения: если мышцу разрезать, то электрический ток «выливается» из неё, что стимулирует её сокращение. Для того чтобы повторить эти эксперименты на нерве, Хаксли проткнул двумя тонкими, как волоски, электродами мембрану нервной клетки, поместив их таким образом в её содержимое (цитоплазму). Но вот неудача! Ему не удалось зарегистрировать электрические сигналы. Тогда он вынул электроды и поместил их на поверхность нерва. Результаты были печальными: ровным счётом ничего. Казалось, фортуна отвернулась от учёных. Оставался последний вариант - один электрод поместить внутрь нерва, а другой оставить на его поверхности. И вот он, счастливый случай! Уже через 0,0003 секунды был зарегистрирован электрический импульс с живой клетки. Было очевидно, что за такое мгновение импульс не может возникнуть вновь. Это означало только одно: заряд сконцентрирован на покоящейся неповреждённой клетке.

В последующие годы подобные опыты были проделаны на бесчисленном множестве других клеток. Оказалось, что все клетки заряжены и что заряд мембраны является неотъемлемым атрибутом её жизни. Пока клетка жива, у неё есть заряд. Однако оставалось всё ещё неясным, каким же образом клетка заряжается? Задолго до экспериментов Хаксли руcский физиолог Н. А. Бернштейн (1896–1966) опубликовал свою книгу «Электробиология» (1912). В ней он, словно провидец, теоретически раскрыл главную тайну живого электричества - биохимические механизмы возникновения заряда клетки. Удивительно, но через несколько лет данная гипотеза была блестяще подтверждена в экспериментах Хаксли, за что он и был удостоен Нобелевской премии. Итак, каковы же эти механизмы?

Как известно, всё гениальное просто. Так оказалось и в этом случае. Наш организм состоит на 70% из воды, а точнее, из раствора солей и белков. Если заглянуть внутрь клетки, то окажется, что её содержимое перенасыщено ионами К + (внутри их примерно в 50 раз больше, чем за её пределами). Между клетками, в межклеточном пространстве, преобладают ионы Na + (здесь их примерно в 20 раз больше, чем в клетке). Такое неравновесие активно поддерживается мембраной, которая, подобно регулировщику, пропускает через свои «ворота» одни ионы и не пропускает другие.

Мембрана, словно бисквитный пирог, состоит из двух рыхлых слоёв сложных жиров (фосфолипидов), толщу которых пронизывают, как бусины, белки, выполняющие самые разнообразные функции, в частности они могут служить своеобразными «воротами» или каналами. Внутри таких белков есть отверстия, которые могут открываться и закрываться с помощью особых механизмов. Для каждого типа ионов существуют свои каналы. Например, движение ионов К + возможно только через К + -каналы, а Nа + - через Na + -каналы.

Когда клетка находится в состоянии покоя, для ионов К + горит зелёный свет и они беспрепятственно покидают пределы клетки через свои каналы, направляясь туда, где их мало, чтобы уравновесить свою концентрацию. Помните школьный опыт по физике? Если взять стакан с водой и капнуть в него разведённый перманганат калия (марганцовку), то через некоторое время молекулы красящего вещества равномерно заполнят весь объём стакана, окрасив воду в розовый цвет. Классический пример диффузии. Аналогичным образом это происходит с ионами К + , которые есть в избытке в клетке и имеют всегда свободный выход через мембрану. Ионы же Nа + , как персона non grata , не имеют привилегий со стороны мембраны покоящейся клетки. В этот момент для них мембрана как неприступная крепость, проникнуть через которую почти невозможно, поскольку все Nа + -каналы закрыты.

Но при чём же здесь электричество, скажете вы? Всё дело в том, что, как было отмечено выше, наш организм состоит из растворённых солей и белков. В данном случае речь идёт о солях. Что такое растворённая соль? Это дуэт связанных между собой положительных катионов и отрицательных анионов кислот. Например, раствор хлорида калия - это K + и Сl – и т. д. Кстати, физиологический раствор, который широко используется в медицине для внутривенных вливаний, представляет собой раствор хлорида натрия - NaCl (поваренной соли) в концентрации 0,9%.

В естественных условиях просто ионов К + или Nа + поодиночке не бывает, они всегда находятся с анионами кислот - SO 4 2– , Cl – , PO 4 3– и т. д., и в обычных условиях мембрана непроницаема для отрицательных частиц. Это означает, что, когда ионы К + движутся через свои каналы, связанные с ними анионы, как магниты, тянутся за ними, но, не имея возможности выйти наружу, скапливаются на внутренней поверхности мембраны. Поскольку за пределами клетки, в межклеточном пространстве, преобладают ионы Nа + , то есть положительно заряженные частицы, плюс к ним постоянно просачиваются ионы К + , на наружной поверхности мембраны концентрируется избыточный положительный заряд, а на её внутренней поверхности - отрицательный. Так что клетка в состоянии покоя «искусственно» сдерживает неравновесие двух важных ионов - К + и Nа + , в силу чего мембрана поляризуется за счёт разности зарядов по обе её стороны. Заряд в состоянии покоя клетки называют мембранным потенциалом покоя, который равен примерно -70 мВ. Именно такой величины заряд был впервые зарегистрирован Хаксли на гигантском нерве моллюска.

Когда стало ясно, откуда берётся «электричество» в клетке в состоянии покоя, тут же возник вопрос: куда же оно девается, если клетка работает, например когда наши мышцы сокращаются? Истина лежала на поверхности. Достаточно было заглянуть внутрь клетки в момент её возбуждения. Когда клетка реагирует на внешние или внутренние воздействия, в этот момент молниеносно, как по команде, открываются все Na + -каналы и ионы Na + , словно снежный ком, за доли секунд устремляются внутрь клетки. Таким образом, за мгновение, в состоянии возбуждения клетки, ионы Na + уравновешивают свою концентрацию по обе стороны мембраны, ионы К + по-прежнему медленно покидают клетку. Выход ионов К + настолько медленный, что, когда ион Na + наконец-то прорывается через неприступные стены мембраны, их там остаётся ещё достаточно много. Теперь уже внутри клетки, а именно на внутренней поверхности мембраны, сконцентрируется избыточный положительный заряд. На её же внешней поверхности будет отрицательный заряд, потому что, как и в случае с К + , за Na + устремится целая армия отрицательных анионов, для которых мембрана по-прежнему непроницаема. Удерживаемые на её внешней поверхности электростатическими силами притяжения, эти «осколки» от солей создадут здесь отрицательное электрическое поле. Это означает, что в момент возбуждения клетки мы будем наблюдать реверсию заряда, то есть смену его знака на противоположный. Этим объясняется, почему заряд при возбуждении клетки меняется с отрицательного на положительный.

Есть и ещё один важный момент, который в далёкие времена описывал Гальвани, но не смог правильно объяснить. Когда Гальвани повреждал мышцу, она сокращалась. Тогда ему казалось, что это ток повреждения и он «выливается» из мышцы. В какой-то степени слова его были пророческими. Клетка действительно теряет свой заряд, когда работает. Заряд существует только тогда, когда есть разность между концентрациями ионов Na + /K + . При возбуждении клетки численность ионов Na + по обе стороны мембраны одинакова, к этому же состоянию стремится и К + . Именно поэтому при возбуждении клетки заряд уменьшается и становится равен +40 мВ.

Когда загадку «возбуждения» разгадали, неизбежно возник другой вопрос: как же клетка приходит в норму? Каким образом заряд на ней возникает вновь? Ведь не умирает же она, после того как поработает. И действительно, через несколько лет нашли этот механизм. Им оказался белок, встроенный в мембрану, но это был необычный белок. С одной стороны, выглядел он так же, как и белки-каналы. А с другой - в отличие от своих собратьев, этот белок «дорого брал за свою работу», а именно энергией, такой ценной для клетки. Причём пригодная для его работы энергия должна быть особая, в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Эти молекулы специально синтезируются на «энергетических станциях» клетки - митохондриях, бережно там хранятся и при необходимости с помощью специальных переносчиков доставляются к месту назначения. Энергия из этих «боеголовок» высвобождается при их распаде и расходуется на различные нужды клетки. В частности, в нашем случае эта энергия требуется на работу белка, названного Na/K-АТФаза, основная функция которого заключается в том, чтобы, подобно челноку, перевозить Na + наружу из клетки, а К + - в обратном направлении.

Таким образом, чтобы восстановить утраченные силы, необходимо поработать. Задумайтесь, тут скрывается реальный парадокс. Когда клетка работает, то на уровне клеточной мембраны этот процесс протекает пассивно, а для того чтобы отдохнуть, ей требуется энергия.

Как нервы «разговаривают» друг с другом

Если уколоть палец, то рука тут же отдёрнется. То есть при механическом воздействии на рецепторы кожи возбуждение, возникшее в данной локальной точке, достигает головного мозга и возвращается обратно, на периферию, для того чтобы мы могли адекватно отреагировать на ситуацию. Это пример врождённой реакции, или безусловных рефлексов, к которым относятся множество защитных ответов, таких как мигание, кашель, чихание, чесание и т. д.

Каким же образом возбуждение, возникнув на мембране одной клетки, способно двигаться дальше? Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте познакомимся со строением нервной клетки - нейроном, смыл «жизни» которого состоит в проведении возбуждения или нервных импульсов.

Итак, нейрон, словно летящая комета, состоит из тела нервной клетки, вокруг которого ореолом располагаются множество маленьких отростков - дендритов, и длинного «хвоста» - аксона. Именно эти отростки служат своеобразными проводами, по которым течёт «живой ток». Поскольку вся эта сложная конструкция представляет собой единую клетку, то отростки нейрона обладают таким же набором ионов, как и его тело. Что представляет собой процесс возбуждения локального участка нейрона? Это некое возмущение «спокойствия» его внешней и внутренней среды, выражающееся в виде направленного движения ионов. Возбуждение, возникнув в том месте, куда пришёлся раздражитель, далее по цепочке распространяется по тем же принципам, что на этом участке. Только теперь раздражителем для соседних участков будет являться не внешний стимул, а внутренние процессы, вызванные потоками ионов Na + и K + и изменением заряда мембраны. Этот процесс подобен тому, как распространяются волны от камешка, брошенного в воду. Так же, как и в случае с камешком, биотоки по мембране нервного волокна распространяются круговыми волнами, вызывая возбуждение всё более отдалённых участков.

В эксперименте возбуждение от локальной точки распространяется далее в обоих направлениях. В реальных же условиях проведение нервных импульсов осуществляется однонаправленно. Связано это с тем, что тот участок, который поработал, нуждается в отдыхе. А отдых у нервной клетки, как мы уже знаем, активный и связан с затратами энергии. Возбуждение клетки есть «потеря» её заряда. Именно поэтому, как только клетка поработает, её способность к возбуждению резко падает. Этот период называют рефрактерным, от французского слова refractaire - невосприимчивый. Такая невосприимчивость может быть абсолютной (сразу же после возбуждения) или относительной (по мере восстановления заряда мембраны), когда возможно вызвать ответную реакцию, но чрезмерно сильными раздражителями.

Если задаться вопросом - какого цвета наш мозг, то окажется, что подавляющая его масса, за небольшим исключением, серо-белых тонов. Тела и короткие отростки нервных клеток серые, а длинные отростки белые. Белые они потому, что сверху на них имеется дополнительная изоляция в виде «жировых» или миелиновых подушек. Откуда возникают эти подушки? Вокруг нейрона существуют особые клетки, названные по имени немецкого нейрофизиолога, который их впервые описал, - шванновские клетки. Они, словно няньки, помогают нейрону расти и, в частности, выделяют миелин, представляющий собой своеобразное «сало» или липид, которым бережно окутываются участки растущего нейрона. Однако такой наряд покрывает не всю поверхность длинного отростка, а отдельные участки, между которыми аксон остаётся голым. Оголённые места называют перехватами Ранвье.

Интересно, но от того, как «одет» нервный отросток, зависит скорость проведения возбуждения. Нетрудно догадаться - специальная «форма одежды» существует для того, чтобы увеличить эффективность прохождения биотоков по нерву. Действительно, если в серых дендритах возбуждение двигается как черепаха (от 0,5 до 3 м/с), последовательно, не пропуская ни одного участка, то в белом аксоне нервные импульсы прыгают по «оголённым» участкам Ранвье, что существенно повышает скорость их проведения до 120 м/с. Такие быстрые нервы иннервируют в основном мышцы, обеспечивая защиту организма. Внутренние же органы не нуждаются в такой скорости. К примеру, мочевой пузырь может долго растягиваться и посылать импульсы о своём переполнении, в то время как рука должна отдёрнуться сразу от огня, иначе это грозит повреждением.

Мозг взрослого человека весит в среднем 1300 г. Эту массу составляет 10 10 нервных клеток. Такое огромное количество нейронов! С помощью каких механизмов возбуждение с одной клетки попадает на другую?

Разгадка тайны коммуникации в нервной системе имеет свою историю. В середине XIX века французский физиолог Клод Бернар получил ценную посылку из Южной Америки с ядом кураре, тем самым, которым индейцы смазывали наконечники стрел. Учёный увлекался изучением действия ядов на организм. Было известно, что животное, сражённое таким ядом, умирает от удушья вследствие паралича дыхательных мышц, но никто не знал, как именно действует молниеносный убийца. Для того чтобы это понять, Бернар проделал простой опыт. Он растворил яд в чашке Петри, поместил туда мышцу с нервом и увидел, что если в яд погрузить только нерв, то мышца остаётся здоровой и по-прежнему может работать. Если отравить ядом только мышцу, то и в этом случае сохраняется её способность к сокращению. И лишь когда в яд помещали участок между нервом и мышцей, можно было наблюдать типичную картину отравления: мышца становилась неспособной сокращаться даже при очень сильных электрических воздействиях. Стало очевидно, что между нервом и мышцей существует «разрыв», на который и действует яд.

Оказалось, подобные «разрывы» можно найти в любой точке организма, вся нейронная сеть буквально ими пронизана. Были найдены и другие вещества, например никотин, который избирательно действовал на загадочные места между нервом и мышцей, вызывая её сокращение. Поначалу эти невидимые связи называли мионевральным соединением, а впоследствии английский нейрофизиолог Чарльз Шеррингтон дал им название синапсов, от латинского слова synapsis - соединение, связь. Однако жирную точку в этой истории поставил австрийский фармаколог Отто Леви, которому удалось найти посредника между нервом и мышцей. Говорят, ему привиделось во сне, что некое вещество «выливается» из нерва и заставляет мышцу работать. На следующее утро он твёрдо решил: нужно искать именно это вещество. И он его нашёл! Всё оказалось достаточно просто. Леви взял два сердца и выделил на одном из них самый крупный нерв - nervus vagus . Заранее предвидя, что из него должно что-то выделиться, он соединил системой трубочек эти два «мышечных мотора» и стал раздражать нерв. Леви знал - при его раздражении сердце останавливается. Однако останавливалось не только то сердце, на которое действовал раздражённый нерв, но и второе, соединённое с ним раствором. Немного позже Леви удалось выделить в чистом виде это вещество, которое получило название «ацетилхолин». Таким образом, было найдено неопровержимое доказательство наличия посредника в «разговоре» между нервом и мышцей. Это открытие удостоено Нобелевской премии.

А дальше всё пошло гораздо быстрее. Оказалось, открытый Леви принцип общения нервов с мышцами универсальный. С помощью такой системы общаются не только нервы и мышцы, но и сами нервы друг с другом. Однако, несмотря на тот факт, что принцип такой коммуникации один, посредники, или, как впоследствии их стали обозначать, медиаторы (от латинского слова mediator - посредник), могут быть разные. У каждого нерва он свой, как пропуск. Эту закономерность установил английский фармаколог Генри Дейл, за что тоже был удостоен Нобелевской премии. Итак, язык нейронного общения стал понятен, оставалось лишь только увидеть, как эта конструкция выглядит.

Как работает синапс

Если посмотреть на нейрон в электронный микроскоп, то мы увидим, что он, словно новогодняя ёлка, весь увешан какими-то пуговками. Таких «пуговок», или, как вы уже догадались, синапсов, только на одном нейроне может быть до 10 000. Посмотрим внимательнее на одну из них. Что мы увидим? На концевом участке нейрона длинный отросток утолщается, поэтому он нам кажется в виде пуговки. В этом утолщении аксон как бы истончается и теряет своё белое одеяние в виде миелина. Внутри же «пуговки» находится огромное количество пузырьков, заполненных каким-то веществом. В 1954 году Джордж Паладе догадался, что это есть не что иное, как хранилище для медиаторов (через 20 лет за эту догадку ему дали Нобелевскую премию). Когда возбуждение доходит до концевой станции длинного отростка, то медиаторы высвобождаются из своего заточения. Для этого используются ионы Са 2+ . Двигаясь к мембране, они сливаются с ней, затем лопаются (экзоцитоз), и медиатор под давлением попадает в пространство между двумя нервными клетками, которое получило название синаптической щели. Оно ничтожно мало, поэтому молекулы медиатора быстро попадают на мембрану соседнего нейрона, на которой в свою очередь находятся особые антенны, или рецепторы (от латинского слова recipio - брать, принимать), улавливающие посредника. Происходит это по принципу «ключ к замку» - геометрическая форма рецептора полностью соответствует форме посредника. Обменявшись «рукопожатием», медиатор и рецептор вынуждены расстаться. Встреча их весьма короткая и последняя для медиатора. Достаточно всего доли секунды, чтобы медиатор запустил возбуждение на соседнем нейроне, после чего он разрушается с помощью специальных механизмов. А потом эта история повторится ещё и ещё, и так до бесконечности будет бежать живое электричество по «нервным проводам», скрывая от нас множество тайн и тем самым привлекая к себе своей загадочностью.

Нужно ли говорить о значимости открытий в области электрофизиологии? Достаточно сказать, что за приоткрытие завесы в мир живого электричества присуждено семь Нобелевских премий. Сегодня львиная доля фармацевтической промышленности построена на этих фундаментальных открытиях. К примеру, сейчас поход к дантисту не такое уж страшное испытание. Один укол лидокаина - и в месте инъекции Na + -каналы временно заблокируются. И вы уже не почувствуете болезненных процедур. У вас заболел живот, врач назначит препараты (но-шпа, папаверин, платифилин и т. д.), в основе действия которых - блокада рецепторов, чтобы с ними не мог связаться медиатор ацетилхолин, запускающий многие процессы в желудочно-кишечном тракте, и т. д. В последнее время активно развивается серия фармакологических препаратов центрального действия, направленных на улучшение памяти, речевой функции и мыслительной деятельности.

Тема моей работы: Живое электричество

Целью работы было: выявление способов получения электроэнергии из растений и экспериментальное подтверждение некоторых из них.

Мы поставили перед собой следующие задачи:

Для достижения поставленных задач использовали следующие методы исследования: анализ литературы, экспериментальный метод, метод сравнения.

Прежде чем электрический ток попадет к нам в дом, он пройдет большой путь от места получения тока до места его потребления. Ток вырабатывается на электростанциях. Электростанция - электрическая станция, совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

«РАБОТА ЖИВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО»

Министерство образования, науки и молодежи Республики Крым

Крымский конкурс исследовательских работ и проектов школьников 5-8 классов «Шаг в науку»

Тема: Живое электричество

Работу выполнила:

Асанова Эвелина Асановна

ученица 5 класса

Научный руководитель:

Аблялимова Лиля Ленуровна,

учитель биологии и химии

МБОУ «Веселовская средняя школа»

с. Веселовка – 2017

1.Введение……………………………………………………………..…3

2.Источники электрического тока…………………………..…….……4

2.1. Нетрадиционные источники энергии………………………….…..4

2.2. «Живые» источники электрического тока………………………...4

2.3. Фрукты и овощи как источники электрического тока…………...5

3. Практическая часть……………………………..………….…………6

4. Заключение……………………………………………….………..…..8

Список источников литературы………………………………………….9

ВВЕДЕНИЕ

Электричество и растения – что может быть общего у них? Однако еще в середине XVIII века естествоиспытатели поняли: эти два понятия объединяет какая-то внутренняя связь.

Люди столкнулись с «живым» электричеством еще на заре цивилизации: им была известна способность некоторых рыб с помощью какой-то внутренней силы поражать добычу. Об этом свидетельствуют наскальные рисунки и начертания некоторых египетских иероглифов, изображающих электрического сома. И не его одного выделяли тогда по этому признаку. Римские врачи умудрялись использовать «удары» скатов для лечения нервных болезней. Очень много сделано учёными в изучении удивительного взаимодействия электричества и живого, но многое пока ещё скрывает от нас природа.

В 1729 году Шарль Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Опыты, проведенные Дюфе, говорили, что один из зарядов образуется при трении стекла о шелк, а другой – при трении смолы о шерсть. Понятие о положительном и отрицательном заряде ввел немецкий естествоиспытатель Георг Кристоф. Первым количественным исследователем был закон взаимодействия зарядов, экспериментально установленный в 1785 году Шарлем Кулоном с помощью разработанных им чувствительных крутильных весов.

ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Кроме традиционных источников тока существует множество нетрадиционных источников. Электричество, по сути, можно практически получать из всего, что угодно. Нетрадиционные источники электрической энергии, где невосполнимые энергоресурсы практически не тратятся: ветроэнергетика, приливная энергетика, солнечная энергетика.

Есть и другие предметы, которые на первый взгляд не имеют никакого отношения к электричеству, однако могут служить источником тока.

«ЖИВЫЕ» ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

В природе есть животные, которых мы называем «живыми электростанциями». Животные очень чувствительны к электрическому току. Даже незначительной силы ток для многих из них смертелен. Лошади погибают даже от сравнительно слабого напряжения в 50-60 вольт. А есть животные, которые не только обладают высокой устойчивостью к электрическому току, но и сами вырабатывают ток в своём теле. Это рыбы - электрические угри, скаты, и сомы. Настоящие живые электростанции!

Источником тока служат особые электрические органы, расположенные двумя парами под кожей вдоль тела - под хвостовым плавником и на верхней части хвоста и спины. По внешнему виду такие органы представляют продолговатое тельце, состоящее из красновато-желтого студенистого вещества, разделённого на несколько тысяч плоских пластинок, ячеек-клеток, продольными и поперечными перегородками. Что-то вроде батареи. От спинного мозга к электрическому органу подходит более 200 нервных волокон, ответвления от которых идут к коже спины и хвоста. Прикосновение к спине или хвосту этой рыбы вызывает сильный разряд, который может мгновенно убить мелких животных и оглушить крупных животных и человека. Тем более, что в воде ток передаётся лучше. Оглушённые угрями крупные животные нередко тонут в воде.

Электрические органы – средство не только для защиты от врагов, но и для добычи пищи. Охотятся электрические угри ночью. Приблизившись к добыче, произвольно делает разряд своих «батарей», и всё живое – рыбы, лягушки, крабы - парализуются. Действие разряда передаётся на расстояние в 3-6 метров. Ему остаётся только заглотать оглушённую добычу. Израсходовав запас электрической энергии, рыба долгое время отдыхает и пополняет её, «заряжает» свои «батареи».

2.3. ФРУКТЫ И ОВОЩИ КАК ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Изучив литературу, я узнала, что электроэнергию можно получить из некоторых фруктов и овощей. Электрический ток можно получить из лимона, яблок и, самое интересное, из обычного картофеля – сырого и вареного. Такие необычные батареи способны работать несколько дней и даже недель, а вырабатываемое ими электричество в 5-50 раз дешевле получаемого от традиционных батареек и, по меньшей мере, вшестеро экономичнее керосиновой лампы при использовании для освещения.

Индийские ученые решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Срезы листьев, стебля всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани. Если взять лимон или яблоко и разрезать, а потом приложить к кожуре два электрода, то они не выявят разницы потенциалов. Если же один электрод приложить к кожуре, а другой к внутренней части мякоти, то появится разность потенциалов, и гальванометр отметит появление силы тока.

Я решила проверить на опыте и доказать, что в овощах и фруктах есть электричество. Для исследований мною были выбраны следующие фрукты и овощи: лимон, яблоко, банан, мандарин, картофель. Отмечала показания гальванометра и, действительно, в каждом случае получала ток.

В результате проделанной работы:

1. Я изучила и проанализировала научную и учебную литературу об источниках электрического тока.

2.Познакомилась с ходом работы по получению электрического тока из растений.

3. Доказала, что в плодах различных фруктов и овощей есть электричество и получила необычные источники тока.

Конечно, электрическая энергия растений и животных, в настоящее время не могут заменить полноценные мощные источники энергии. Однако и недооценивать их не стоит.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для достижения цели моей работы решены все поставленные задачи исследования.

Анализ научной и учебной литературы позволил сделать вывод о том, что вокруг нас очень много предметов, которые могут служить источниками электрического тока.

В ходе работы рассмотрены способы получения электрического тока. Я узнала много интересного о традиционных источниках тока - различного рода электростанциях.

С помощью опыта показала, что можно получить электроэнергию из некоторых плодов, конечно, это небольшой ток, но сам факт его наличия дает надежду, что в последующем такие источники можно будет использовать в своих целях (зарядить мобильный телефон и др.). Такие батареи могут использовать жители сельских районов страны, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки биобатареек. Использованный состав батареек не загрязняет окружающую среду, как гальванические (химические) элементы, и не требует отдельной утилизации в отведенных местах.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ

Гордеев А.М., Шешнев В.Б. Электричество в жизни растений. Издательство: Наука - 1991г.

Журнал «Наука и жизнь», №10, 2004г.

Журнал. «Галилео» Наука опытным путем. № 3/ 2011 г. «Лимонная батарейка».

Журнал «Юный эрудит» № 10 / 2009 г. «Энергия из ничего».

Гальванический элемент - статья из Большой советской энциклопедии.

В. Лаврус «Батарейки и аккумуляторы».

Просмотр содержимого документа
«ТЕЗИСЫ»

Тема: Живое электричество

Научный руководитель: Аблялимова Лиля Ленуровна, учитель биологии и химии МБОУ «Веселовская средняя школа»

Актуальность выбранной темы: в настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на энергоносители, в том числе и на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешёвых источников энергии имеет важное значение. Перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, нетрадиционных источников энергии.

Цель работы: выявление способов получения электроэнергии из растений и экспериментальное подтверждение некоторых из них.

Изучить и проанализировать научную и учебную литературу об источниках электрического тока.

Ознакомиться с ходом работы по получению электрического тока из растений.

Доказать, что в растениях есть электричество.

Сформулировать направления полезного использования получившихся результатов.

Методы исследования: анализ литературы, экспериментальный метод, метод сравнения.

Просмотр содержимого презентации
«ПРЕЗЕНТАЦИЯ»

Живое электричество Работу выполнила: Асанова Эвелина, ученица 5 класса МБОУ «Веселовская средняя школа»

Актуальность работы:

В настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на энергоносители, в том числе и на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешёвых источников энергии имеет важное значение.

Перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, нетрадиционных источников энергии.

Цель работы:

Выявление способов получения электроэнергии из растений и экспериментальное подтверждение некоторых из них.

Изучить и проанализировать научную и учебную литературу об источниках электрического тока.
Ознакомиться с ходом работы по получению электрического тока из растений.
Доказать, что в растениях есть электричество.
Сформулировать направления полезного использования получившихся результатов.

Анализ литературы
Экспериментальный метод
Метод сравнения

Введение

Наша работа посвящена необычным источникам энергии.

В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами.

Современная жизнь просто немыслима без электричества - только представьте существование человечества без современной бытовой техники, аудио- и видеоаппаратуры, вечера со свечой и лучиной.

Живые электростанции

Самые сильные разряды производит южно американский электрический угорь. Они достигают 500-600 вольт. Такое напряжение способно свалить с ног лошадь. Угорь создает особенно сильное напряжение тока, когда изогнется дугой так, что жертва находится между его хвостом и головой: получается замкнутое электрическое кольцо .

Живые электростанции

Скаты являются живыми электростанциями, вырабатывающими напряжение около 50-60 вольт и дающими разрядный ток 10 ампер.

Все рыбы, дающие электрические разряды, используют для этого специальные электрические органы.

Кое – что об электрических рыбах

Рыбы используют разряды:

чтобы освещать свой путь;
для защиты, нападения и оглушения жертвы;
передают сигналы друг другу и обнаруживают заранее препятствия.

Нетрадиционные источники тока

Кроме традиционных источников тока существует множество нетрадиционных. Оказывается, электричество можно практически получать из всего, что угодно.

Эксперимент:

Электроэнергию можно получить из некоторых фруктов и овощей. Электрический ток можно получить из лимона, яблок и самое интересное, из обычного картофеля. Я провела опыты с этими плодами и действительно получила ток.

В результате проделанной работы:
1. Я изучила и проанализировала научную и учебную литературу об источниках электрического тока.
2.Познакомилась с ходом работы по получению электрического тока из растений.
3. Доказала, что в плодах различных фруктов и овощей есть электричество и получила необычные источники тока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Для достижения цели моей работы решены все поставленные задачи исследования. Анализ научной и учебной литературы позволил сделать вывод о том, что вокруг нас очень много предметов, которые могут служить источниками электрического тока.

С помощью опытов показала, что можно получить электроэнергию из некоторых плодов, конечно, это небольшой ток, но сам факт его наличия дает надежду, что в последующем такие источники можно будет использовать в своих целях (зарядить мобильный телефон и др.). Такие батареи могут использовать жители сельских районов страны, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки биобатареек. Использованный состав батареек не загрязняет окружающую среду, как гальванические (химические) элементы, и не требует отдельной утилизации в отведенных местах.

Знали ли Вы, что некоторые растения используют электричество, а некоторые виды рыб ориентируются в пространстве и оглушают добычу с помощью электрических органов?

: В издании «Nature» шла речь о том, как в растениях передаются электрические импульсы. В качестве ярких примеров на ум сразу приходят венерина мухоловка и мимоза стыдливая, у которых движение листьев вызывается электричеством. Но существуют и другие примеры.

«Нервная система млекопитающих передает электрические сигналы со скоростью до 100 метров в секунду. Растения живут в более медленном режиме. И хотя у них нет нервной системы, некоторые растения, такие как мимоза стыдливая (Mimosa pudica ) и венерика мухоловка (Dionaea muscipula ), используют электросигналы, провоцирующие быстрое движение листьев. Передача сигнала в этих растениях достигает скорости 3 см в секунду - и эта скорость сопоставима со скоростью нервных импульсов в мышцах . На странице 422 данного выпуска , автор Мусави и его коллеги исследуют интересный и не до конца понятный вопрос о том, как растения генерируют и передают электрические сигналы . Авторы называют два протеина, схожих с глутаматными рецепторами, которые являются важнейшими компонентами процесса индукции электрической волны, провоцируемой ранением листа. Она распространяется на соседние органы, заставляя их усиливать защитные реакции в ответ на потенциальную атаку травоядных».

Кто бы мог подумать, что, срезая лист, можно спровоцировать электрический сигнал? Эксперименты над растением резуховидка Таля продемонстрировали отсутствие реакции при воздействии на лист , однако при поедании листа возникал электрический сигнал, распространяющийся со скоростью 9 см в минуту.

«Передача электрического сигнала была наиболее эффективна в листьях, расположенных непосредственно над или под раненным листом, - отмечается в статье. – Эти листья соединены между собой сосудистым руслом растения, по которому передается вода и органические компоненты, а также отлично передаются сигналы на дальние расстояния» . Полученный сигнал включают в гене защитные компоненты. «Эти невероятные наблюдения отчетливо демонстрируют, что генерация и передача электрического сигнала играет важнейшую роль в инициации защитных реакций в отдаленных объектах при нападении травоядных».

Авторы оригинальной статьи не затрагивали тему эволюции, если не считать предположения о том, что «глубоко законсервированная функция этих генов, возможно , является связующим звеном между восприятием повреждений и периферийными защитными реакциями». Если это так, что эта функция, должно быть «существовала еще до расхождения в развитии животных и растений».

Электрические рыбки : Два новых вида электрических рыб были найдены в бассейне реки Амазонка, однако они оснащены электричеством по-разному. Одна из них, как и большинство остальных электрических рыб, двухфазна (или является источником переменного тока), а другая – монофазна (является источником постоянного тока). В одной из статей издания «Science Daily» рассматривались эволюционные причины, по которым это устроено именно так, и интересно то, что «эти хрупкие рыбки производят импульсы всего в несколько сотен милливольт с помощью органа, который немного выступает из волокнистого хвоста». Этот импульс слишком слаб, чтобы убить жертву, как это делает знаменитый электрический угорь, однако эти импульсы читаются представителями других видов, и используются представителями противоположного пола для общения. Рыбки используют их для «электролокации» в сложной водной среде ночью» . Что касается их эволюции, то эти две рыбы настолько похожи, что их относят к одному виду, и единственным различием является разница в электрической фазе их сигналов.

Существует огромное количество способов получать информацию об окружающем мире: прикосновение, взгляд, звук, запах, а теперь еще и электричество. Мир живой природы – это чудо общения между отдельными организмами и их окружением. Каждый орган чувств тонко сконструирован и несет огромную пользу для организма. Утонченные системы не являются результатом слепых неконтролируемых процессов. Мы верим, что если рассматривать их, как системы, созданные в соответствии с разумным замыслом, это ускорит процесс исследования, поможет искать понимания высшего замысла и имитировать их, чтобы усовершенствовать сферу инженерии. А настоящим препятствием в развитии науки является такое предположение: «О, этот организм эволюционировал только потому, что он эволюционировал». Это усыпляющий подход, обладающий снотворным воздействием.

«Электричествов живых организмах»

Что такое, кем открыто,что собой представляет электричество

Впервые на электрическийзаряд обратил внимание Фалес Милетский. Он провел эксперимент, потер янтарьшерстью, после таких простых движений янтарь стал обладать свойством,притягивать мелкие предметы. Это свойство больше походит не на электрическиезаряды, а на магнетизм. Но в 1600 году Гильберт установил различие между этимидвумя явлениями.

В 1747 - 53 Б. Франклинизложил первую последовательную теорию электрических явлений, окончательноустановил электрическую природу молнии и изобрёл молниеотвод.

Во 2-й половине 18 в.началось количественное изучение электрических и магнитных явлений. Появилисьпервые измерительные приборы - электроскопы различных конструкций,электрометры. Г. Кавендиш (1773) и Ш. Кулон (1785) экспериментально установилизакон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов (работыКавендиша были опубликованы лишь в 1879). Этот основной закон электростатики(Кулона закон) впервые позволил создать метод измерения электрических зарядовпо силам взаимодействия между ними.

Следующий этап в развитиинауки об Э. связан с открытием в конце 18 в. Л. Гальвани «животногоэлектричества»

Главным ученым в изученииэлектричества и электрических зарядов является Майкл Фарадей. С помощью опытовон доказал, что действия электрических зарядов и токов не зависят от способа ихполучения. Также в 1831 Фарадей открыл индукцию электромагнитную - возбуждениеэлектрического тока в контуре, находящемся в переменном магнитном поле. В 1833 - 34 Фарадей установил законы электролиза; эти егоработы положили начало электрохимии.

И так, что же такоеэлектричество. Электричество - это совокупность явлений, обусловленныхсуществованием, движением и взаимодействием электрически заряженных тел иличастиц. Явление электричество можно встретить почти везде.

К примеру, если сильнопотереть пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочкибумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. Притрении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрическийзаряд. Само слово «электрический» происходит от латинского слова electrum,означающего «янтарь».

Откуда же беретсяэлектричество

Все окружающие насобъекты содержат миллионы электрических зарядов, состоящих из частиц,находящихся внутри атомов - основы всей материи. Ядро большинства атомоввключает два вида частиц: нейтроны и протоны. Нейтроны не имеют электрическогозаряда, в то время как протоны несут в себе положительный заряд. Вокруг ядравращаются еще одни частицы - электроны, имеющие отрицательный заряд. Какправило, каждый атом имеет одинаковое количество протонов и электронов, чьиравные по величине, но противоположные заряды уравновешивают друг друга. Врезультате мы не ощущаем никакого заряда, а вещество считается незаряженным.Однако, если мы каким-либо образом нарушим это равновесие, то данный объектбудет обладать общим положительным или отрицательным зарядом в зависимости оттого, каких частиц в нем останется больше - протонов или электронов.

Электрические зарядывлияют друг на друга. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг кдругу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются друг отдруга. Если поднести к предмету отрицательно заряженную леску, отрицательныезаряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды,наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные зарядылески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске. Этот процессназывается электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадаетв электростатическое поле лески.

Что такое, кем открыто,что собой представляют живые организмы

Живые организмы - главныйпредмет изучения в биологии. Живые организмы не только вписались в существующиймир, но и изолировали себя от него при помощи специальных барьеров. Среда, вкоторой образовались живые организмы, является пространственно – временнымконтинуумом событий, то есть совокупностью явлений физического мира, котораяопределяется характеристиками и положением Земли и Солнца.

Для удобства рассмотрениявсе организмы распределяются по разным группам и категориям, что составляетбиологическую систему их классификации. Самое общее их деление на ядерные ибезъядерные. По числу составляющих организм клеток их делят на одноклеточные имногоклеточные. Особое место между ними занимают колонии одноклеточных.

На все живые организмы,т.е. на растения и животные действуют абиотические факторы среды (факторынеживой природы), особенно температура, свет и увлажненность. В зависимости от влиянияфакторов неживой природы, растения и животных делят на различные группы и у нихпоявляются приспособленности к влиянию этих абиотических факторов.

Как уже было сказано,живые организмы распределяются на большое количество. Сегодня мы рассмотримживые организмы, на разделе их на теплокровных и хладнокровных:

с постоянной температуройтела (теплокровные);

с непостояннойтемпературой тела (хладнокровные).

Организмы с непостояннойтемпературой тела (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся). Организмы с постояннойтемпературой тела (птицы, млекопитающие).

Чем связаны физика иживые организмы

Понимание сущности жизни,ее возникновения и эволюции определяет все будущее человечества на Земле каквида живого. Конечно, в настоящее время накоплен огромный материал,осуществляется его тщательное изучение, особенно в области молекулярнойбиологии и генетики, есть схемы или модели развития, есть даже практическоеклонирование человека.

Более того, биологиясообщает множество интересных и важных подробностей живых организмах, упускаячто-то принципиальное. Само слово «физика», по Аристотелю, означает «физис» - природа. Действительно, вся материя Вселенной, а следовательно мы сами, состоитиз атомов и молекул, для которых уже получены количественные и в целомправильные законы их поведения, в том числе и на квантово-молекулярном уровне.

Тем более, что физикабыла и остается важным фактором общего развития изучения живых организмов вцелом. В этом смысле физика как феномен культуры, а не только как областьзнания, создает наиболее близкое для биологии социокультурное понимание.Вероятно, именно в физическом познании отражены стили мышления.Логико-методологические аспекты познания и самой естественной науки, какизвестно, почти целиком основаны на опыте физических наук.

Поэтому задача научногопознания живого, может быть, и состоит в обосновании возможности примененияфизических моделей и представлений к определению развития природы и обществатакже на основе физических закономерностей и научного анализа получаемых знанийо механизме процессов в живом организме. Как говорил еще 25 лет тому назад М.В.Волькенштейн, «в биологии как науке о живом возможны только два пути: либопризнать невозможным объяснение жизни на основе физики и химии, либо такоеобъяснение возможно и его надо найти, в том числе на основе общихзакономерностей, характеризующих строение и природу материи, вещества и поля».

Электричество в различныхклассах живых организмах

В конце XVIII веказнаменитые ученые Гальвани и Вольта обнаружили электричество у животных.Первыми животными, на которых ученые делали опыт, чтобы подтвердить своеоткрытие, были лягушки. На клетку воздействуют различные факторы внешней среды- раздражители: физические - механические, температурные, электрические;

Электрическая активностьоказалась неотъемлемым свойством живой материи. Электричество генерируетнервные, мышечные и железистые клетки всех живых существ, однако наиболееразвита эта способность у рыб. Рассмотрим явление электричество у теплокровныхживых организмах.

В настоящее время известно,что из 20 тыс. современных видов рыб около 300 способны создавать ииспользовать биоэлектрические поля. По характеру генерируемых разрядов такиерыбы делятся на сильноэлектрические и слабоэлектрические. К первым относятсяпресноводные южноамериканские электрические угри, африканские электрическиесомы и морские электрические скаты. Эти рыбы генерируют очень мощные разряды:угри, например, напряжением до 600 вольт, сомы - 350. Напряжение тока крупныхморских скатов невысоко, поскольку морская вода является хорошим проводником,но сила тока их разрядов, например ската Торпедо, достигает иногда 60 ампер.

Рыбы второго типа,например, мормирус и другие представители отряда клюворылообразных не излучаютотдельных разрядов. Они посылают в воду серии почти непрерывных и ритмичныхсигналов (импульсов) высокой частоты, этого поля проявляется в виде такназываемых силовых линий. Если в электрическое поле попадает объект,отличающийся по своей электропроводности от воды, конфигурация поля изменяется:предметы с большей проводимостью сгущают вокруг себя силовые лилии, а с меньшей- рассредоточивают. Рыбы воспринимают эти изменения с помощью электрическихрецепторов, расположенных у большинства рыб в области головы, и определяютместонахождение объекта. Таким образом эти рыбы осуществляют подлиннуюэлектрическую локацию.

Почти все они охотятсяпреимущественно ночью. Некоторые из них обладают плохим зрением, поэтому впроцессе длительной эволюции и выработался у этих рыб такой совершенный способдля обнаружения на расстоянии пищи, врагов, различных предметов.

Приемы, используемыеэлектрическими рыбами при ловле добычи и обороне от врагов, подсказываютчеловеку технические решения при разработке установок для электролова иотпугивания рыб. Исключительные перспективы открывает моделированиеэлектрических систем локации рыб. В современной подводной локационной техникепока не существует систем поиска и обнаружения, которые работали бы по образцуи подобию электролокаторов, созданных в мастерской природы. Учеными многихстран ведется упорная работа по созданию подобной аппаратуры.

ЗЕМНОВОДНЫЕ

Для изучения протеканияэлектричества в земноводных возмем опыт Гальвани. В своих опытах он использовалзадние лапки лягушки, соединенные с позвоночником. Подвешивая эти препараты намедном крючке к железным перилам балкона, он обратил внимание, что, когдаконечности лягушки раскачивались ветром, их мышцы сокращались при каждомприкосновении к перилам. На основании этого Гальвани пришел к выводу, чтоподергивания лапок были вызваны «животным электричеством», зарождающимся вспинном мозге лягушки и передаваемым по металлическим проводникам (крючку иперилам балкона) к мышцам конечностей. Против этого положения Гальвани о«животном электричестве» выступил физик Александр Вольта. В 1792 г. Вольта повторил опыты Гальвани и установил, что эти явления нельзя считать «животнымэлектричеством». В опыте Гальвани источником тока служил не спинной мозглягушки, а цепь, образованная из разнородных металлов – меди и железа. Вольтабыл прав. Первый опыт Гальвани не доказывал наличия «животного электричества»,но эти исследования привлекли внимание ученых к изучению электрических явленийв живых организмах. В ответ на возражение Вольта Гальвани произвел второй опыт,уже без участия металлов. Конец седалищного нерва он набрасывал стекляннымкрючком на мышцу конечности лягушки – и при этом также наблюдалось сокращениемышцы. В живом организме осуществляется и ионная проводимость.

Образованию и разделениюионов в живом веществе способствует наличие воды в белковой системе. От негозависит диэлектрическая постоянная белковой системы.

Носителями зарядов в этомслучае являются ионы водорода - протоны. Только в живом организме все видыпроводимости реализуются одновременно.

Соотношение между разнымипроводимостями меняется в зависимости от количества воды в белковой системе.Сегодня люди еще не знают всех свойств комплексной электропроводности живоговещества. Но ясно то, что именно от них зависят те принципиально отличныесвойства, которые присущи только живому.

На клетку воздействуютразличные факторы внешней среды - раздражители: физические - механические,температурные, электрические.

Слайд 2

История открытия электрического явления

Впервые на электрический заряд обратил внимание Фалес Милетский за 600 лет до н.э. Он обнаружил, что янтарь, потертый о шерсть, приобретет свойства притягивать легкие предметы: пушинки, кусочки бумаги. Позже считалось, что таким свойством обладает только янтарь. В середине XVII века Отто фон Гарике разработал электрическую машину трения. Кроме того, им было обнаружено свойство электрического отталкивания однополярно заряженных предметов, а в 1729 году английский ученый Стивен Грей обнаружил разделение тел на проводники электрического тока и изоляторы. Вскоре его коллега Роберт Симмер, наблюдая за электризацией своих шелковых чулок, пришел к выводу, что электрические явления обусловлены разделением на положительный и отрицательный заряд тел. Тела при трении друг о друга вызывают электризацию этих тел, то есть электризация – это накопление на теле заряда одного типа, причем заряды одного знака отталкиваются, а заряды разного знака притягиваются друг к другу и компенсируются при соединении, делая тело нейтральным (незаряженным). В 1729 году Шарль Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Опыты, проведенные Дюфе, говорили, что один из зарядов образуется при трении стекла о шелк, а другой – при трении смолы о шерсть. Понятие о положительном и отрицательном заряде ввел немецкий естествоиспытатель Георг Кристоф. Первым количественным исследователем был закон взаимодействия зарядов, экспериментально установленный в 1785 году Шарлем Кулоном с помощью разработанных им чувствительных крутильных весов.

Слайд 3

Почему у наэлектризованных людей волосы поднимаются вверх?

Волосы электризуются одноименным зарядом. Как известно, одноименные заряды отталкиваются, поэтому волосы, подобно листочкам бумажного султана, расходятся во все стороны. Если любое проводящее тело, в том числе и человеческое, изолировать от земли, то его можно зарядить до большого потенциала. Так, с помощью электростатической машины тело человека можно зарядить до потенциала в десятки тысяч вольт.

Слайд 4

Оказывает ли электрический заряд, размещенный в таком случае на теле человека, влияние на нервную систему?

Человеческое тело - проводник электричества. Если его изолировать от земли и зарядить, то заряд располагается исключительно по поверхности тела, поэтому заряжение до сравнительно высокого потенциала не влияет на нервную систему, так как нервные волокна находятся под кожей. Влияние электрического заряда на нервную систему сказывается в момент разряда, при котором происходит перераспределение зарядов на теле. Это перераспределение представляет собой кратковременный электрический ток, проходящий не по поверхности, а внутри организма.

Слайд 5

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.

Слайд 6

Рыбы и электричество.

Рыбы используют разряды: чтобы освещать свой путь; для защиты, нападения и оглушения жертвы; - передают сигналы друг другу и обнаруживают заблаговременно препятствия

Слайд 7

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.

Слайд 8

Скаты.

«Эта рыба заставляет цепенеть животных, которых она хочет поймать, пересиливая их силой удара, живущего у нее в теле». Аристотель

Слайд 9

Сом.

Электрические органы расположены почти по всей длине тела рыбы, дают разряды напряжением до 360 В.

Слайд 10

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УГОРЬ

Самые мощные электрические органы у угрей, обитающих в реках тропической Америки. Их разряды достигают напряжения 650 В.

Слайд 11

Гром одно из грозных явлений.

Гром и молния – это одно из грозных, но величественных явлений, с которыми человек был еще готов с древности. Разбушевавшаяся стихия. Обрушивалась на него в виде ослепляющий гигантских молний, грозных громовых ударов, ливня и града. В страхе перед грозой люди обожествляли её, считая орудием богов.

Слайд 12

Молния

Чаще всего мы наблюдаем молнию, напоминающую извилистую реку с притоками. Такие молнии называют линейными, их длина при разряде между облаками достигает более 20км. Молнии других видов можно увидеть значительно реже. Электрический разряд в атмосфере в виде линейной молнии представляет собой электрический ток. Причем сила тока меняется за 0,2 – 0,3 секунды. Примерно 65% всех молний. Которые наблюдаются у нас имеют значение силы тока 10000 А, но редко достигают и 230 000 А. Канал молнии, через который протекает ток, сильно разогревается и ярко светит. Температура канала достигает десятков тысяч градусов, давление повышается, воздух расширяется проходит как бы взрыв раскаленных газов. Это мы воспринимаем как гром. Удар молнии в наземный предмет может вызвать пожар.

Слайд 13

При ударе молнии, например в дерево. Оно нагревается, влага из него испаряется, а давление образовавшегося пара и нагревшихся газов приводят к разрушениям. Для защиты зданий от грозовых разрядов применяют молниеотводы, которые представляют собой металлический стержень, возвышающийся над защищаемым объектом.

Слайд 14

Молния.

В лиственных деревьях ток проходит внутри ствола по сердцевине, где много сока, который под действием тока закипает и пары разрывают дерево.

Посмотреть все слайды