Проект біологія електрика у живих організмах. Презентація на тему "електрика у живій природі"

Продовжуємо публікацію науково-популярних лекцій, прочитаних молодими викладачами ВНЗ, які отримали гранти Благодійного фонду В. Потаніна. Цього разу пропонуємо до уваги читачів виклад лекції, яку прочитала доцент кафедри фізіології людини та тварин Саратовського державного університету ім. Н. Г. Чернишевського кандидат біологічних наук Оксана Сем'ячкіна-Глушковська.

Живі електростанції

Електрика відіграє часом невидиму, але життєво важливу роль існування багатьох організмів, включаючи людини.

Дивно, але електрика увійшла до нашого життя завдяки тваринам, зокрема електричним рибам. Наприклад, в основі електрофізіологічного напряму в медицині лежить використання в лікувальних процедурах електричних схилів. Живі джерела електрики у свою лікарську практику вперше запровадив відомий давньоримський лікар Клавдій Гален. Син багатого архітектора, Гален отримав разом із гарною освітою значну спадщину, що дозволило йому подорожувати протягом кількох років берегами Середземного моря. Одного разу в одному з маленьких села Гален побачив дивне видовище: двоє місцевих жителів йшли йому назустріч із прив'язаними до голови схилами. Цей «знеболюючий засіб» знайшов застосування при лікуванні ран гладіаторів у Римі, куди Гален повернувся після подорожі. Своєрідні фізіопроцедури виявилися настільки дієвими, що навіть імператор Марк Антоній, який страждав на болі в спині, ризикнув скористатися незвичним способом лікування. Позбавившись виснажливої недуги, імператор призначив Галена особистим лікарем.

Однак багато електричних риб використовують електрику далеко не в мирних цілях, зокрема для того, щоб вбивати свій видобуток.

Вперше європейці зіткнулися із жахливими живими електростанціями у джунглях Південної Америки. Загін шукачів пригод, що проникли у верхів'я Амазонки, натрапив на безліч дрібних струмочків. Але як тільки один із учасників експедиції ступив ногою в теплу воду струмка, він упав непритомний і пробув у такому стані два дні. Вся справа була в електричних вуграх, що мешкають у цих широтах. Амазонські електричні вугри, що досягають трьох метрів у довжину, здатні генерувати електрику напругою понад 550 В. Електричний удар у прісній воді оглушує видобуток, який зазвичай складається з риб і жаб, але здатний також вбити людину і навіть коня, якщо вони в момент розряду знаходяться поблизу вугра.

Невідомо, коли б всерйоз людство взялося за електрику, якби не дивовижний випадок, який стався із дружиною відомого болонського професора Луїджі Гальвані. Не секрет, що італійці славляться широтою смакових пристрастей. Тому вони не проти іноді потішитися жаб'ячими лапками. День був непогожий, дув сильний вітер. Коли сеньйора Гальвані зайшла в м'ясну лавку, її очам відкрилася жахлива картина. Лапки мертвих жаб, мов живі, смикалися, коли торкалися залізних перил при сильному пориві вітру. Сеньйора так набридала чоловікові своїми розповідями про близькість м'ясника з нечистою силою, що професор вирішив сам з'ясувати, що ж відбувається насправді.

Це був той щасливий випадок, який разом перевернув життя італійського анатома та фізіолога. Принісши додому жаб'ячі лапки, Гальвані переконався в правдивості слів дружини: вони справді смикалися, коли торкалися залізних предметів. На той час професору було лише 34 роки. Наступні 25 років він витратив на те, щоб знайти розумне пояснення цього дивовижного явища. Результатом багаторічних праць стала книга «Трактати про силу електрики при м'язовому русі», яка стала справжнім бестселером і схвилювала уми багатьох дослідників. Вперше заговорили про те, що електрика є в кожному з нас і що нерви є своєрідними «електропроводами». Гальвані здавалося, що м'язи накопичують у собі електрику, а при скороченні випускають її. Ця гіпотеза вимагала подальших досліджень. Але політичні події, пов'язані з приходом до влади Наполеона Бонапарта, завадили професорові закінчити експерименти. Через своє вільнодумство Гальвані був у безчестя вигнаний з університету і через рік після цих трагічних подій помер у віці шістдесяти одного року.

І все-таки долі було завгодно, щоби праці Гальвані знайшли своє продовження. Співвітчизник Гальвані Алессандро Вольта, прочитавши його книгу, прийшов до думки, що в основі живої електрики лежать хімічні процеси і створив прообраз звичних для нас батарейок.

Біохімія електрики

Минуло ще два століття, перш ніж людству вдалося розкрити таємницю живої електрики. Поки не було винайдено електронного мікроскопа, вчені не могли собі навіть уявити, що навколо клітини знаходиться справжня «митниця» зі своїми суворими правилами «паспортного контролю». Мембрана тваринної клітини – тонка, не видима неозброєним оком оболонка, – володіючи напівпроникними властивостями, є надійним гарантом збереження життєздатності клітини (підтримання її гомеостазу).

Але повернемось до електрики. Який існує взаємозв'язок між мембраною клітини та живою електрикою?

Отже, перша половина ХХ століття, 1936 рік. В Англії зоолог Джон Юнг публікує методику препарування нервового волокна головоногого молюска. Діаметр волокна сягав 1 мм. Такий видимий оку «гігантський» нерв зберігав здатність проводити електрику навіть поза організмом у морській воді. Ось той «золотий ключик», за допомогою якого будуть відкриті двері в таємниці живої електрики. Минуло всього три роки, і співвітчизники Юнга - професор Ендрю Хакслі та його учень Алан Ходжкін, озброївшись електродами, поставили серію експериментів на цьому нерві, результати яких перевернули світогляд і запалили зелене світло на шляху до електрофізіології.

Відправною точкою у цих дослідженнях стала книга Гальвані, саме опис їм струму ушкодження: якщо м'яз розрізати, то електричний струм «виливається» з неї, що стимулює її скорочення. Для того щоб повторити ці експерименти на нерві, Хакслі проткнув двома тонкими, як волоски, електродами мембрану нервової клітини, помістивши їх у її вміст (цитоплазму). Але ось невдача! Йому не вдалося зареєструвати електричних сигналів. Тоді він вийняв електроди та помістив їх на поверхню нерва. Результати були сумними: зовсім нічого. Здавалося, удача відвернулася від учених. Залишався останній варіант – один електрод помістити всередину нерва, а інший залишити на його поверхні. І ось він, щаслива нагода! Вже через 0,0003 секунд був зареєстрований електричний імпульс з живої клітини. Було очевидно, що за таку мить імпульс не може з'явитися знову. Це означало тільки одне: заряд сконцентрований на непошкодженій клітині, що лежить в покої.

У наступні роки подібні досліди були зроблені на безлічі інших клітин. Виявилося, що це клітини заряджені і що заряд мембрани є невід'ємним атрибутом її життя. Поки клітка жива, вона має заряд. Однак залишалося все ще незрозумілим, яким чином клітина заряджається? Задовго до експериментів Хакслі російський фізіолог Н. А. Бернштейн (1896-1966) опублікував свою книгу "Електробіологія" (1912). У ній він, мов провидець, теоретично розкрив головну таємницю живої електрики - біохімічні механізми виникнення заряду клітини. Дивно, але через кілька років ця гіпотеза була блискуче підтверджена в експериментах Хакслі, за що він був удостоєний Нобелівської премії. Отже, які ж ці механізми?

Як відомо, все геніальне просто. Так виявилось і в цьому випадку. Наш організм складається на 70% із води, а точніше, із розчину солей та білків. Якщо заглянути всередину клітини, то виявиться, що її вміст перенасичений іонами К + (всередині їх приблизно в 50 разів більше, ніж за її межами). Між клітинами, у міжклітинному просторі, переважають іони Na + (тут їх приблизно 20 разів більше, ніж у клітині). Така нерівновага активно підтримується мембраною, яка, подібно до регулювальника, пропускає через свої «ворота» одні іони і не пропускає інші.

Мембрана, немов бісквітний пиріг, складається з двох пухких шарів складних жирів (фосфоліпідів), товщу яких пронизують, як намистини, білки, що виконують найрізноманітніші функції, зокрема можуть служити своєрідними «воротами» або каналами. Усередині таких білків є отвори, які можуть відкриватися та закриватися за допомогою особливих механізмів. До кожного типу іонів існують свої канали. Наприклад, рух іонів К+ можливий тільки через К+-канали, а Nа+ – через Na+-канали.

Коли клітина перебуває у стані спокою, для іонів К + горить зелене світло і вони безперешкодно залишають межі клітини через канали, прямуючи туди, де їх мало, щоб врівноважити свою концентрацію. Пам'ятаєте шкільний досвід із фізики? Якщо взяти склянку з водою і капнути в неї розведений перманганат калію (марганцівку), то через деякий час молекули барвника рівномірно заповнять весь обсяг склянки, пофарбувавши воду в рожевий колір. Класичний приклад дифузії. Аналогічним чином це відбувається з іонами К+, які є надлишку в клітині і мають завжди вільний вихід через мембрану. Іони ж Nа + , як особа non grata, не мають привілеїв з боку мембрани клітини, що покоїться. У цей момент для них мембрана як неприступна фортеця, проникнути через яку майже неможливо, оскільки всі Nа+канали закриті.

Але до чого ж тут електрика, скажете ви? Вся справа в тому, що, як було зазначено вище, наш організм складається з розчинених солей та білків. У разі йдеться про солях. Що таке розчинена сіль? Це дует пов'язаних між собою позитивних катіонів та негативних аніонів кислот. Наприклад, розчин хлориду калію - це K + і Сl - і т. д. До речі, фізіологічний розчин, який широко використовується в медицині для внутрішньовенних вливань, є розчином хлориду натрію - NaCl (кухонної солі) в концентрації 0,9%.

У природних умовах просто іонів К + або Nа + поодинці не буває, вони завжди знаходяться з аніонами кислот - SO 4 2-, Cl -, PO 4 3-і т. д., і в звичайних умовах мембрана непроникна для негативних частинок. Це означає, що коли іони К + рухаються через свої канали, пов'язані з ними аніони, як магніти, тягнуться за ними, але, не маючи можливості вийти назовні, накопичуються на внутрішній поверхні мембрани. Оскільки поза клітини, в міжклітинному просторі, переважають іони Nа + , тобто позитивно заряджені частинки, плюс до них постійно просочуються іони К + , зовнішньої поверхні мембрани концентрується надлишковий позитивний заряд, але в її внутрішньої поверхні - негативний. Так що клітина у стані спокою «штучно» стримує нерівновагу двох важливих іонів - К + і Nа + , внаслідок чого мембрана поляризується рахунок різниці зарядів по обидві її сторони. Заряд у стані спокою клітини називають мембранним потенціалом спокою, що дорівнює приблизно -70 мВ. Саме такої величини заряд було вперше зареєстровано Хакслі на гігантському нерві молюска.

Коли стало ясно, звідки береться «електрика» у клітці у стані спокою, тут же постало питання: куди ж воно подіється, якщо клітина працює, наприклад, коли наші м'язи скорочуються? Істина лежала лежить на поверхні. Достатньо було заглянути всередину клітини на момент її збудження. Коли клітина реагує на зовнішні або внутрішні впливи, в цей момент блискавично, як за командою, відкриваються всі Na + -канали та іони Na + , немов снігова куля, за частки секунд спрямовуються всередину клітини. Таким чином, за мить, у стані збудження клітини, іони Na + врівноважують свою концентрацію по обидва боки мембрани, іони К + як і раніше повільно залишають клітину. Вихід іонів К+ настільки повільний, що, коли іон Na+ проривається через неприступні стінки мембрани, їх там залишається ще досить багато. Тепер уже усередині клітини, саме на внутрішній поверхні мембрани, сконцентрується надлишковий позитивний заряд. На її зовнішній поверхні буде негативний заряд, тому що, як і у випадку з К + , за Na + спрямується ціла армія негативних аніонів, для яких мембрана як і раніше непроникна. Утримувані її зовнішньої поверхні електростатичними силами тяжіння, ці «уламки» від солей створять тут негативне електричне полі. Це означає, що в момент збудження клітини ми спостерігатимемо реверсію заряду, тобто зміну його знака на протилежний. Цим пояснюється, чому заряд при збудженні клітини змінюється з негативного на позитивний.

Є ще один важливий момент, який у далекі часи описував Гальвані, але не зміг правильно пояснити. Коли Гальвані пошкоджував м'яз, вона скорочувалася. Тоді йому здавалося, що це струм пошкодження, і він «виливається» з м'яза. Якоюсь мірою слова його були пророчими. Клітина справді втрачає свій заряд, коли працює. Заряд існує лише тоді, коли є різниця між концентраціями іонів Na + / K +. При збудженні клітини чисельність іонів Na + по обидві сторони мембрани однакова, цього стану прагне і К + . Саме тому при збудженні клітини заряд зменшується і дорівнює +40 мВ.

Коли загадку «збудження» розгадали, неминуче виникло інше питання: як же клітина приходить у норму? Як заряд на ній виникає знову? Адже не вмирає вона, після того як попрацює. І справді, за кілька років знайшли цей механізм. Ним виявився білок, убудований у мембрану, але це був незвичайний білок. З одного боку, він виглядав так само, як і білки-канали. А з іншого – на відміну від своїх побратимів, цей білок «дорого брав за свою роботу», а саме енергією, такою цінною для клітини. Причому придатна його роботи енергія має бути особлива, як молекул АТФ (аденозинтрифосфорной кислоти). Ці молекули спеціально синтезуються на «енергетичних станціях» клітини – мітохондріях, дбайливо там зберігаються і за потреби за допомогою спеціальних переносників доставляються до місця призначення. Енергія з цих «боєголовок» вивільняється за її розпаду і витрачається різні потреби клітини. Зокрема, у нашому випадку ця енергія потрібна на роботу білка, названого Na/K-АТФазу, основна функція якого полягає в тому, щоб, подібно до човника, перевозити Na + назовні з клітини, а К + - у зворотному напрямку.

Таким чином, щоб відновити втрачені сили, потрібно попрацювати. Подумайте, тут ховається справжній феномен. Коли клітина працює, то на рівні клітинної мембрани цей процес протікає пасивно, а щоб відпочити, їй потрібна енергія.

Як нерви «розмовляють» один з одним

Якщо вколоти палець, то рука відразу відсмикнеться. Тобто при механічному впливі на рецептори шкіри збудження, що виникло в даній локальній точці, досягає головного мозку і повертається назад, на периферію, щоб ми могли адекватно відреагувати на ситуацію. Це приклад вродженої реакції, або безумовних рефлексів, до яких належать безліч захисних відповідей, таких як миготіння, кашель, чхання, чухання тощо.

Яким чином порушення, виникнувши на мембрані однієї клітини, здатне рухатися далі? Перш ніж відповісти на це питання, давайте познайомимося з будовою нервової клітини - нейроном, змив життя якого полягає в проведенні збудження або нервових імпульсів.

Отже, нейрон, немов комета, що складається, складається з тіла нервової клітини, навколо якого ореолом розташовуються безліч маленьких відростків - дендритів, і довгого «хвоста» - аксона. Саме ці відростки служать своєрідними проводами, якими тече «живий струм». Оскільки вся ця складна конструкція є єдиною клітиною, то відростки нейрона мають такий же набор іонів, як і його тіло. Що таке процес порушення локальної ділянки нейрона? Це якесь обурення «спокою» його зовнішнього та внутрішнього середовища, що виражається у вигляді спрямованого руху іонів. Порушення, виникнувши у тому місці, куди припав подразник, далі по ланцюжку поширюється за тими самими принципами, що у цій ділянці. Тільки тепер подразником для сусідніх ділянок буде зовнішній стимул, а внутрішні процеси, викликані потоками іонів Na + і K + і зміною заряду мембрани. Цей процес подібний до того, як поширюються хвилі від камінця, кинутого у воду. Так само, як і у випадку з камінчиком, біоструми по мембрані нервового волокна поширюються круговими хвилями, викликаючи збудження дедалі більше віддалених ділянок.

В експерименті збудження від локальної точки поширюється далі в обох напрямках. У реальних умовах проведення нервових імпульсів здійснюється односпрямовано. Пов'язано це з тим, що та ділянка, яка попрацювала, потребує відпочинку. А відпочинок у нервової клітини, як ми вже знаємо, активний і пов'язаний із витратами енергії. Порушення клітини є «втратою» її заряду. Саме тому, щойно клітина попрацює, її здатність до збудження різко падає. Цей період називають рефрактерним, від французького слова refractaire- Несприйнятливий. Така несприйнятливість може бути абсолютною (відразу ж після збудження) або відносною (у міру відновлення заряду мембрани), коли можливо викликати реакцію у відповідь, але надмірно сильними подразниками.

Якщо запитати - якого кольору наш мозок, то виявиться, що переважна його маса, за невеликим винятком, сіро-білих тонів. Тіла та короткі відростки нервових клітин сірі, а довгі відростки білі. Білі вони тому, що зверху на них є додаткова ізоляція у вигляді жирових або мієлінових подушок. Звідки з'являються ці подушки? Навколо нейрона існують спеціальні клітини, названі на ім'я німецького нейрофізіолога, який їх вперше описав, - шванновські клітини. Вони, наче няньки, допомагають нейрону рости і, зокрема, виділяють мієлін, що представляє собою своєрідне «сало» або ліпід, яким дбайливо огортаються ділянки нейрона, що росте. Однак таке вбрання покриває не всю поверхню довгого відростка, а окремі ділянки, між якими аксон залишається голим. Голі місця називають перехопленнями Ранв'є.

Цікаво, але від того, як «одягнений» нервовий відросток, залежить швидкість проведення збудження. Неважко здогадатися - спеціальна форма одягу існує для того, щоб збільшити ефективність проходження біострумів по нерву. Дійсно, якщо в сірих дендритах збудження рухається як черепаха (від 0,5 до 3 м/с), послідовно, не пропускаючи жодної ділянки, то в білому аксоні нервові імпульси стрибають по «оголених» ділянках Ранв'є, що суттєво підвищує швидкість їх проведення до 120 м/с. Такі швидкі нерви іннервують переважно м'язи, забезпечуючи захист організму. Внутрішні ж органи не потребують такої швидкості. Наприклад, сечовий міхур може довго розтягуватися і посилати імпульси про своє переповнення, тоді як рука повинна відсмикнути відразу від вогню, інакше це загрожує пошкодженням.

Мозок дорослої людини важить у середньому 1300 р. цю масу становить 10 10 нервових клітин. Така величезна кількість нейронів! За допомогою яких механізмів збудження з однієї клітини потрапляє до іншої?

Розгадка таємниці комунікації у нервовій системі має свою історію. У середині XIX століття французький фізіолог Клод Бернар отримав цінну посилку з Південної Америки з отрутою кураре, тим самим яким індіанці змащували наконечники стріл. Вчений захоплювався вивченням дії отрут на організм. Було відомо, що тварина, убита такою отрутою, вмирає від задухи внаслідок паралічу дихальних м'язів, але ніхто не знав, як саме діє блискавичний убивця. Для того, щоб це зрозуміти, Бернар зробив простий досвід. Він розчинив отруту в чашці Петрі, помістив туди м'яз з нервом і побачив, що якщо в отруту занурити тільки нерв, то м'яз залишається здоровим і, як і раніше, може працювати. Якщо отруїти отрутою лише м'яз, то й у цьому випадку зберігається її здатність до скорочення. І лише коли в отруту поміщали ділянку між нервом і м'язом, можна було спостерігати типову картину отруєння: м'яз ставав нездатним скорочуватися навіть за дуже сильних електричних впливів. Стало очевидно, що між нервом та м'язом існує «розрив», на який і діє отрута.

Виявилося, що подібні «розриви» можна знайти в будь-якій точці організму, вся нейронна мережа буквально ними пронизана. Були знайдені інші речовини, наприклад нікотин, який вибірково діяв на загадкові місця між нервом і м'язом, викликаючи її скорочення. Спочатку ці невидимі зв'язки називали міоневральною сполукою, а згодом англійський нейрофізіолог Чарльз Шеррінгтон дав їм назву синапсів, від латинського слова synapsis- з'єднання, зв'язок. Однак жирну точку в цій історії поставив австрійський фармаколог Отто Леві, якому вдалося знайти посередника між нервом та м'язом. Кажуть, йому здалося уві сні, що якась речовина «виливається» з нерва і змушує м'яз працювати. Наступного ранку він твердо вирішив: потрібно шукати саме цю речовину. І він знайшов його! Все виявилося досить просто. Леві взяв два серця і виділив на одному з них найбільший нерв. nervus vagus. Заздалегідь передбачаючи, що з нього має щось виділитися, він з'єднав системою трубочок ці два м'язові мотори і почав дратувати нерв. Леві знав – при його роздратуванні серце зупиняється. Однак зупинялося не тільки те серце, на яке діяв роздратований нерв, а й друге, з'єднане з ним розчином. Трохи пізніше Леві вдалося виділити в чистому вигляді цю речовину, яка отримала назву «ацетилхолін». Таким чином, було знайдено незаперечний доказ наявності посередника у розмові між нервом і м'язом. Це відкриття удостоєно Нобелівської премії.

А далі все пішло набагато швидше. Виявилося, відкритий Леві принцип спілкування нервів із м'язами універсальний. З допомогою такої системи спілкуються як нерви і м'язи, а й самі нерви друг з одним. Однак, незважаючи на той факт, що принцип такої комунікації один, посередники, або, як згодом стали позначати, медіатори (від латинського слова mediator- Посередник), можуть бути різні. У кожного нерва він свій, як перепустка. Цю закономірність встановив англійський фармаколог Генрі Дейл, за що теж був удостоєний Нобелівської премії. Отже, мова нейронного спілкування стала зрозумілою, залишалося тільки побачити, як ця конструкція виглядає.

Як працює синапс

Якщо подивитися на нейрон в електронний мікроскоп, то ми побачимо, що він, немов новорічна ялинка, весь обвішаний якимись ґудзиками. Таких «гудзиків», або, як ви вже здогадалися, синапсів, тільки на одному нейроні може бути до 10 000. Подивимося уважніше на одну з них. Що ми побачимо? На кінцевій ділянці нейрона довгий відросток потовщується, тому він нам здається у вигляді ґудзичка. У цьому потовщенні аксон як би витончується і втрачає своє біле вбрання у вигляді мієліну. Усередині ж «гудзики» знаходиться величезна кількість бульбашок, заповнених якоюсь речовиною. 1954 року Джордж Паладе здогадався, що це є не що інше, як сховище для медіаторів (через 20 років за цей здогад йому дали Нобелівську премію). Коли збудження доходить до кінцевої станції довгого відростка, медіатори вивільняються зі свого ув'язнення. Для цього використовуються іони Са2+. Рухаючись до мембрани, вони зливаються з нею, потім лопаються (екзоцитоз), і медіатор під тиском потрапляє у простір між двома нервовими клітинами, який отримав назву синаптичної щілини. Воно мізерно мало, тому молекули медіатора швидко потрапляють на мембрану сусіднього нейрона, на якій у свою чергу знаходяться особливі антени, або рецептори (від латинського слова recipio – брати, приймати), що вловлюють посередника. Відбувається це за принципом "ключ до замку" - геометрична форма рецептора повністю відповідає формі посередника. Обмінявшись «рукостисканням», медіатор та рецептор змушені розлучитися. Зустріч їх дуже коротка та остання для медіатора. Достатньо всього частки секунди, щоб медіатор запустив збудження на сусідньому нейроні, після чого він руйнується за допомогою спеціальних механізмів. А потім ця історія повториться ще й ще, і так нескінченно бігтиме жива електрика по «нервових проводах», приховуючи від нас безліч таємниць і тим самим привертаючи до себе своєю загадковістю.

Чи потрібно говорити про значущість відкриттів у галузі електрофізіології? Досить сказати, що за відкривання завіси у світ живої електрики присуджено сім Нобелівських премій. Сьогодні левова частка фармацевтичної промисловості збудована на цих фундаментальних відкриттях. Наприклад, зараз похід до дантиста не таке вже й страшне випробування. Один укол лідокаїну – і в місці ін'єкції Na+-канали тимчасово заблокуються. І ви вже не відчуєте хворобливих процедур. У вас захворів живіт, лікар призначить препарати (но-шпа, папаверин, платифілін тощо), в основі дії яких - блокада рецепторів, щоб з ними не міг зв'язатися медіатор ацетилхолін, який запускає багато процесів у шлунково-кишковому тракті, і т. д. Останнім часом активно розвивається серія фармакологічних препаратів центральної дії, спрямованих на покращення пам'яті, мовної функції та розумової діяльності.

Тема моєї роботи: Жива електрика

Метою роботи було виявлення способів отримання електроенергії з рослин та експериментальне підтвердження деяких з них.

Ми поставили перед собою такі завдання:

Досягнення поставлених завдань використовували такі методи дослідження: аналіз літератури, експериментальний метод, метод порівняння.

Перш ніж електричний струм потрапить до нас у будинок, він пройде великий шлях від місця отримання струму до його споживання. Струм виробляється на електростанціях. Електростанція - електрична станція, сукупність установок, обладнання та апаратури, що використовуються безпосередньо для виробництва електричної енергії, а також необхідні для цієї споруди та будівлі, розташовані на певній території.

«РОБОТА ЖИВА ЕЛЕКТРИЧНІСТЬ»

Міністерство освіти, науки та молоді Республіки Крим

Кримський конкурс дослідницьких робіт та проектів школярів 5-8 класів «Крок у науку»

Тема: Жива електрика

Роботу виконала:

Асанова Евеліна Асанівна

учениця 5 класу

Науковий керівник:

Аблялімова Ліля Ленурівна,

вчитель біології та хімії

МБОУ «Веселівська середня школа»

с. Веселівка – 2017

1.Введение……………………………………………………………..…3

2. Джерела електричного струму…………………………..…….……4

2.1. Нетрадиційні джерела енергії………………………….…..4

2.2. «Живі» джерела електричного струму………………………...4

2.3. Фрукти та овочі як джерела електричного струму…………...5

3. Практична частина……………………………..………….…………6

4. Висновок……………………………………………….………..…..8

Список джерел літератури………………………………………….9

ВСТУП

Електрика та рослини – що може бути спільного у них? Однак ще в середині XVIII століття дослідники природи зрозуміли: ці два поняття об'єднує якийсь внутрішній зв'язок.

Люди зіткнулися з «живою» електрикою ще на зорі цивілізації: їм була відома здатність деяких риб за допомогою якоїсь внутрішньої сили вражати видобуток. Про це свідчать наскельні малюнки та зображення деяких єгипетських ієрогліфів, що зображують електричного сома. І не його одного виділяли тоді за цією ознакою. Римські лікарі примудрялися використовувати удари скатів для лікування нервових хвороб. Дуже багато зроблено вченими у вивченні дивовижної взаємодії електрики та живої, але багато що поки що приховує від нас природа.

В 1729 Шарль Дюфе встановив, що існує два роду зарядів. Досліди, проведені Дюфе, говорили, що один із зарядів утворюється при терті скла об шовк, а інший – при терті смоли об шерсть. Поняття про позитивний і негативний заряд ввів німецький дослідник природи Георг Крістоф. Першим кількісним дослідником був закон взаємодії зарядів, експериментально встановлений в 1785 Шарлем Кулон за допомогою розроблених ним чутливих крутильних ваг.

ДЖЕРЕЛА ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

НЕТРАДИЦІЙНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

Крім традиційних джерел струму, існує безліч нетрадиційних джерел. Електрику, по суті, можна практично отримувати з усього, що завгодно. Нетрадиційні джерела електричної енергії, де непоправні енергоресурси практично не витрачаються: вітроенергетика, приливна енергетика, сонячна енергетика.

Є й інші предмети, які на перший погляд не мають жодного відношення до електрики, проте можуть бути джерелом струму.

«ЖИВІ» ДЖЕРЕЛА ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

У природі є тварини, яких ми називаємо живими електростанціями. Тварини дуже чутливі до електричного струму. Навіть незначної сили струм для багатьох смертельний. Коні гинуть навіть від порівняно слабкої напруги 50-60 вольт. А є тварини, які не тільки мають високу стійкість до електричного струму, але й самі виробляють струм у своєму тілі. Це риби - електричні вугри, скати і соми. Справжні живі електростанції!

Джерелом струму служать спеціальні електричні органи, розташовані двома парами під шкірою вздовж тіла - під хвостовим плавцем і верхній частині хвоста і спини. На вигляд такі органи представляють довгасте тільце, що складається з червонувато-жовтого драглистого речовини, розділеного на кілька тисяч плоских пластинок, осередків-клітин, поздовжніми і поперечними перегородками. Щось на кшталт батареї. Від спинного мозку до електричного органу підходить понад 200 нервових волокон, відгалуження від яких йдуть до шкіри спини та хвоста. Дотик до спини або хвоста цієї риби викликає сильний розряд, який може миттєво вбити дрібних тварин і приголомшити великих тварин і людину. Тим більше, що у воді струм передається краще. Оглушені вуграми великі тварини нерідко тонуть у воді.

Електричні органи – засіб як захисту від ворогів, але й видобутку їжі. Полюють електричні вугри вночі. Наблизившись до видобутку, довільно робить розряд своїх «батарей», і живе – риби, жаби, краби - паралізуються. Дія розряду передається на відстань 3-6 метрів. Йому залишається тільки заковтнути оглушений видобуток. Витративши запас електричної енергії, риба довгий час відпочиває та поповнює її, «заряджає» свої «батареї».

2.3. ФРУКТИ І ОВОЧІ ЯК ДЖЕРЕЛА ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Вивчивши літературу, я дізналася, що електроенергію можна отримати з деяких фруктів та овочів. Електричний струм можна отримати з лимона, яблук і, найцікавіше, зі звичайної картоплі – сирої та вареної. Такі незвичайні батареї здатні працювати кілька днів і навіть тижнів, а електрика, що виробляється ними, в 5-50 разів дешевше одержуваного від традиційних батарей і, щонайменше, вшестеро економічніше гасової лампи при використанні для освітлення.

Індійські вчені вирішили використати фрукти, овочі та відходи від них для харчування нескладної побутової техніки. Батарейки містять усередині пасту з перероблених бананів, апельсинових кірок та інших овочів або фруктів, в якій розміщені електроди з цинку та міді. Новинка розрахована насамперед на мешканців сільських районів, які можуть самі заготовляти фруктово-овочеві інгредієнти для підзарядки незвичайних батарейок.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Зрізи листя, стебла завжди заряджені негативно по відношенню до нормальної тканини. Якщо взяти лимон або яблуко і розрізати, а потім прикласти до шкірки два електроди, то вони не виявлять різниці потенціалів. Якщо один електрод прикласти до шкірки, а інший до внутрішньої частини м'якоті, то з'явиться різниця потенціалів, і гальванометр відзначить появу сили струму.

Я вирішила перевірити на досвіді та довести, що в овочах та фруктах є електрика. Для досліджень мною було обрано такі фрукти та овочі: лимон, яблуко, банан, мандарин, картопля. Наголошувала на показаннях гальванометра і, дійсно, в кожному випадку отримувала струм.

В результаті виконаної роботи:

1. Я вивчила та проаналізувала наукову та навчальну літературу про джерела електричного струму.

2. Познайомилася з перебігом роботи з отримання електричного струму з рослин.

3. Довела, що у плодах різних фруктів та овочів є електрика та отримала незвичайні джерела струму.

Звичайно, електрична енергія рослин і тварин, що в даний час не можуть замінити повноцінні потужні джерела енергії. Однак недооцінювати їх не варто.

ВИСНОВОК

Для досягнення мети моєї роботи вирішено всі поставлені завдання дослідження.

Аналіз наукової та навчальної літератури дозволив зробити висновок про те, що довкола нас дуже багато предметів, які можуть служити джерелами електричного струму.

У процесі роботи розглянуті способи отримання електричного струму. Я дізналася багато цікавого про традиційні джерела струму - різноманітні електростанції.

За допомогою досвіду показала, що можна отримати електроенергію з деяких плодів, звичайно, це невеликий струм, але сам факт його наявності дає надію, що такі джерела можна буде використовувати у своїх цілях (зарядити мобільний телефон та ін.). Такі батареї можуть використовувати жителі сільських районів країни, які можуть заготовляти фруктово-овочеві інгредієнти для підзарядки біобатарейок. Використаний склад батарейок не забруднює навколишнє середовище, як гальванічні (хімічні) елементи, і не потребує окремої утилізації у відведених місцях.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ЛІТЕРАТУРИ

Гордєєв А.М., Шешнєв В.Б. Електрика у житті рослин. Видавництво: Наука – 1991р.

Журнал «Наука життя і життя», №10, 2004г.

Журнал. "Галілео" Наука досвідченим шляхом. №3/2011 р. «Лімонна батарейка».

Журнал «Юний ерудит» №10/2009 р. «Енергія з нічого».

Гальванічний елемент – стаття з Великої радянської енциклопедії.

В. Лаврус «Батарейки та акумулятори».

Перегляд вмісту документа
«ТЕЗИ»

Тема: Жива електрика

Науковий керівник: Аблялімова Ліля Ленурівна, вчитель біології та хімії МБОУ «Веселівська середня школа»

Актуальність обраної теми: нині у Росії намітилася тенденція зростання ціни енергоносії, зокрема і електроенергію. Тому питання пошуку дешевих джерел енергії має важливе значення. Перед людством стоїть завдання освоєння екологічно чистих, відновлюваних, нетрадиційних джерел енергії.

Мета роботи: виявлення способів отримання електроенергії з рослин та експериментальне підтвердження деяких із них.

Вивчити та проаналізувати наукову та навчальну літературу про джерела електричного струму.

Ознайомитись з ходом роботи з отримання електричного струму з рослин.

Довести, що у рослинах є електрика.

Сформулювати напрями корисного використання результатів.

Методи дослідження: аналіз літератури, експериментальний метод, порівняння.

Перегляд вмісту презентації
«ПРЕЗЕНТАЦІЯ»

Живе електрика Роботу виконала: Асанова Евеліна, учениця 5 класу МБОУ «Веселівська середня школа»

Актуальність роботи:

Нині у Росії намітилася тенденція зростання ціни енергоносії, зокрема і електроенергію. Тому питання пошуку дешевих джерел енергії має важливе значення.

Перед людством стоїть завдання освоєння екологічно чистих, відновлюваних, нетрадиційних джерел енергії.

Мета роботи:

Виявлення способів отримання електроенергії з рослин та експериментальне підтвердження деяких з них.

Вивчити та проаналізувати наукову та навчальну літературу про джерела електричного струму.
Ознайомитись з ходом роботи з отримання електричного струму з рослин.
Довести, що у рослинах є електрика.
Сформулювати напрями корисного використання результатів.

Аналіз літератури
Експериментальний метод
Метод порівняння

Вступ

Наша робота присвячена незвичайним джерелам енергії.

У навколишньому світі дуже важливу роль відіграють хімічні джерела струму. Вони використовуються в мобільних телефонах та космічних кораблях, у крилатих ракетах та ноутбуках, в автомобілях, ліхтариках та звичайних іграшках. Ми щодня стикаємося з батареями, акумуляторами, паливними елементами.

Сучасне життя просто немислиме без електрики - тільки уявіть існування людства без сучасної побутової техніки, аудіо- та відеоапаратури, вечора зі свічкою та лучиною.

Живі електростанції

Найсильніші розряди виробляє південноамериканський електричний вугор. Вони сягають 500-600 вольт. Така напруга здатна звалити з ніг коня. Вугор створює особливо сильну напругу струму, коли зігнеться дугою так, що жертва знаходиться між його хвостом і головою: виходить замкнуте електричне кільце .

Живі електростанції

Скати є живими електростанціями, що виробляють напругу близько 50-60 вольт і дають розрядний струм 10 ампер.

Усі риби, що дають електричні розряди, використовують при цьому спеціальні електричні органи.

Дещо про електричні риби

Риби використовують розряди:

щоб висвітлювати свій шлях;
для захисту, нападу та оглушення жертви;
передають сигнали один одному та виявляють заздалегідь перешкоди.

Нетрадиційні джерела струму

Крім традиційних джерел струму, існує безліч нетрадиційних. Виявляється, електрику можна практично отримувати з усього, що завгодно.

Експеримент:

Електроенергію можна отримати з деяких фруктів та овочів. Електричний струм можна отримати з лимона, яблук та найцікавіше, зі звичайної картоплі. Я провела досліди з цими плодами і справді отримала струм.

В результаті виконаної роботи:
1. Я вивчила та проаналізувала наукову та навчальну літературу про джерела електричного струму.
2. Познайомилася з перебігом роботи з отримання електричного струму з рослин.
3. Довела, що у плодах різних фруктів та овочів є електрика та отримала незвичайні джерела струму.

ВИСНОВОК:

Для досягнення мети моєї роботи вирішено всі поставлені завдання дослідження. Аналіз наукової та навчальної літератури дозволив зробити висновок про те, що довкола нас дуже багато предметів, які можуть служити джерелами електричного струму.

За допомогою дослідів показала, що можна отримати електроенергію з деяких плодів, звичайно, це невеликий струм, але сам факт його наявності дає надію, що в подальшому такі джерела можна використовувати у своїх цілях (зарядити мобільний телефон та ін.). Такі батареї можуть використовувати жителі сільських районів країни, які можуть заготовляти фруктово-овочеві інгредієнти для підзарядки біобатарейок. Використаний склад батарейок не забруднює навколишнє середовище, як гальванічні (хімічні) елементи, і не потребує окремої утилізації у відведених місцях.

Чи знали Ви, що деякі рослини використовують електрику, а деякі види риб орієнтуються у просторі та оглушують видобуток за допомогою електричних органів?

: У виданні «Nature» йшлося про те, як у рослинах передаються електричні імпульси Як яскраві приклади на думку відразу приходять венерина мухоловка і мімоза сором'язлива, у яких рух листя викликається електрикою. Але є й інші приклади.

«Нервова система ссавців передає електричні сигнали зі швидкістю до 100 метрів за секунду. Рослини живуть у повільному режимі. І хоча у них немає нервової системи, деякі рослини, такі як мімоза сором'язлива ( Mimosa pudica) та венерика мухолівка ( Dionaea muscipula), використовують електросигнали, що провокують швидкий рух листя. Передача сигналу в цих рослинах досягає швидкості 3 см на секунду - і ця швидкість можна порівняти зі швидкістю нервових імпульсів у м'язах.. На сторінці 422 даного випуску , автор Мусаві та його колеги досліджують цікаве і не до кінця зрозуміле питання про те, як рослини генерують та передають електричні сигнали. Автори називають два протеїни, схожі з глутаматними рецепторами, які є найважливішими компонентами процесу індукції електричної хвилі, що провокується пораненням листа. Вона поширюється на сусідні органи, змушуючи їх посилювати захисні реакції у відповідь на потенційну атаку травоїдних».

Хто міг би подумати, що, зрізаючи лист, можна спровокувати електричний сигнал? Експерименти над рослиною резуховидка Таля продемонстрували відсутність реакції при дії на аркуш, проте при поїданні аркуша виникав електричний сигнал, що поширюється зі швидкістю 9 см за хвилину.

«Передача електричного сигналу була найбільш ефективною в листі, розташованому безпосередньо над або під пораненим листом, - наголошується в статті. – Це листя з'єднане між собою судинним руслом рослини, яким передається вода і органічні компоненти, а також чудово передаються сигнали на далекі відстані». Отриманий сигнал включають у гені захисні компоненти. "Ці неймовірні спостереження чітко демонструють, що генерація та передача електричного сигналу відіграє найважливішу роль в ініціації захисних реакцій у віддалених об'єктах при нападі травоїдних".

Автори оригінальної статті не торкалися теми еволюції, якщо не вважати припущення про те, що «глибоко законсервована функція цих генів, можливо, є сполучною ланкою між сприйняттям ушкоджень та периферійними захисними реакціями». Якщо це так, що ця функція, має бути «існувала ще до розбіжності у розвитку тварин та рослин».

Електричні рибки : Два нових види електричних риб були знайдені в басейні річки Амазонка, проте вони оснащені електрикою по-різному. Одна з них, як і більшість інших електричних риб, двофазна (або джерелом змінного струму), а інша – монофазна (є джерелом постійного струму). В одній із статей видання «Science Daily» розглядалися еволюційні причини, через які це влаштовано саме так, і цікаво те, що «ці крихкі рибки виробляють імпульси всього кілька сотень мілівольт за допомогою органу, який трохи виступає з волокнистого хвоста». Цей імпульс занадто слабкий, щоб убити жертву, як це робить знаменитий електричний вугор, проте ці імпульси читаються представниками інших видів, і використовуються представниками протилежної статі для спілкування. Рибки використовують їх для «електролокації» у складному водному середовищі вночі». Що стосується їхньої еволюції, то ці дві риби настільки схожі, що їх відносять до одного виду, і єдиною відмінністю є різниця в електричній фазі їх сигналів.

Існує безліч способів отримувати інформацію про навколишній світ: дотик, погляд, звук, запах, а тепер ще й електрику. Світ живої природи – це диво спілкування між окремими організмами та його оточенням. Кожен орган чуття тонко сконструйований і несе величезну користь для організму. Витончені системи є результатом сліпих неконтрольованих процесів. Ми віримо, що якщо розглядати їх як системи, створені відповідно до розумного задуму, це прискорить процес дослідження, допоможе шукати розуміння вищого задуму та імітувати їх, щоб удосконалити сферу інженерії. А справжньою перешкодою у розвитку науки є таке припущення: "О, цей організм еволюціонував тільки тому, що він еволюціонував". Це присипляючий підхід, що має снодійний вплив.

«Електрика в живих організмах»

Що таке, ким відкрито, що являє собою електрику

Вперше на електричний заряд звернув увагу Фалес Мілетський. Він провів експеримент, потер бурштиною, після таких простих рухів бурштин став володіти властивістю, притягувати дрібні предмети. Ця властивість більше схожа не на електричні заряди, а на магнетизм. Але в 1600 році Гільберт встановив різницю між цими двома явищами.

У 1747 - 53 Б. Франклінізклав першу послідовну теорію електричних явищ, остаточно встановив електричну природу блискавки і винайшов блискавковідведення.

У 2-й половині 18 в. почалося кількісне вивчення електричних та магнітних явищ. З'явилися перші вимірювальні прилади - електроскопи різних конструкцій, електрометри. Г. Кавендіш (1773) і Ш. Кулон (1785) експериментально встановили закон взаємодії нерухомих точкових електричних зарядів (роботи Кавендіша були опубліковані лише в 1879). Цей основний закон електростатики (Кулона закон) вперше дозволив створити метод вимірювання електричних зарядів під силу взаємодії між ними.

Наступний етап у розвитку науки про Е. пов'язаний з відкриттям наприкінці 18 ст. Л. Гальвані «тварини електрики»

Головним вченим у вивченні електрики та електричних зарядів є Майкл Фарадей. За допомогою дослідів він довів, що дії електричних зарядів і струмів не залежать від способу їх одержання. Також у 1831 р. Фарадей відкрив індукцію електромагнітну - збудження електричного струму в контурі, що знаходиться в змінному магнітному полі. У 1833 – 34 Фарадей встановив закони електролізу; ці його роботи поклали початок електрохімії.

І так, що ж таке електрику. Електрика - це сукупність явищ, обумовлених існуванням, рухом та взаємодією електрично заряджених тіл або частинок. Явище електрику можна зустріти майже скрізь.

Наприклад, якщо сильно потерти пластмасову гребінець об волосся, то до неї почнуть прилипати шматочки паперу. А якщо потерти об рукав повітряну кульку, то вона прилипне до стіни. При терті бурштину, пластмаси та інших матеріалів у них виникає електричний заряд. Саме слово «електричний» походить від латинського слова electrum, що означає «бурштин».

Звідки ж береться електрика

Усі навколишні насоб'єкти містять мільйони електричних зарядів, що з частинок, що усередині атомів - основи всієї матерії. Ядро більшості атомів включає два види частинок: нейтрони та протони. Нейтрони немає електричного заряду, тоді як протони несуть у собі позитивний заряд. Навколо ядра обертаються ще одні частинки – електрони, що мають негативний заряд. Як правило, кожен атом має однакову кількість протонів і електронів, чиї рівні за величиною, але протилежні заряди врівноважують один одного. У результаті ми не відчуваємо ніякого заряду, а речовина вважається незарядженим. Однак, якщо ми якимось чином порушимо цю рівновагу, то даний об'єкт матиме загальний позитивний або негативний заряд залежно від того, яких частинок в ньому залишиться більше - протонів або електронів.

Електричні заряди впливають один на одного. Позитивний і негативний заряди притягуються один до одного, а два негативні або два позитивні заряди відштовхуються один від одного. Якщо піднести до предмета негативно заряджену волосінь, негативні заряди предмета перемістяться інший його кінець, а позитивні заряди, навпаки, перемістяться ближче до волосіні. Позитивні та негативні заряди ліски та предмета притягнуть один одного, і предмет прилипне до волосіні. Цей процес називається електростатичною індукцією, і про предмет говорять, що він потрапляє в електростатичне поле волосіні.

Що таке, ким відкрито, що являють собою живі організми

Живі організми - головний предмет вивчення біології. Живі організми як вписалися в існуючий світ, а й ізолювали себе від цього з допомогою спеціальних бар'єрів. Середовище, в якому утворилися живі організми, є просторово - тимчасовим континуумом подій, тобто сукупністю явищ фізичного світу, яка визначається характеристиками та положенням Землі та Сонця.

Для зручності розгляду всі організми розподіляються за різними групами і категоріями, що становить біологічну систему їх класифікації. Найзагальніший їх поділ на ядерні та без'ядерні. За кількістю складових організм клітин їх ділять на одноклітинні багатоклітинні. Особливе місце поміж ними займають колонії одноклітинних.

Попри всі живі організми, тобто. на рослини та тварини діють абіотичні фактори середовища (фактори неживої природи), особливо температура, світло та зволоженість. Залежно від впливу факторів неживої природи, рослини і тварин ділять різні групи і вони з'являються пристосованості до впливу цих абіотичних чинників.

Як уже було сказано, живі організми розподіляються на велику кількість. Сьогодні ми розглянемо живі організми, на розділі їх на теплокровних та холоднокровних:

з постійною температурою тіла (теплокровні);

з непостійною температурою тіла (холоднокровні).

Організми з непостійною температурою тіла (риби, земноводні, плазуни). Організми з постійною температурою тіла (птахи, ссавці).

Чим пов'язані фізика і живі організми

Розуміння сутності життя, її виникнення та еволюції визначає все майбутнє людства на Землі як виду живого. Звичайно, в даний час накопичений величезний матеріал, здійснюється його ретельне вивчення, особливо в галузі молекулярної біології та генетики, є схеми або моделі розвитку, є навіть практичне клонування людини.

Більше того, біологія повідомляє безліч цікавих і важливих подробиць живих організмів, упускаючи щось принципове. Саме слово «фізика», за Аристотелем, означає «фізис» – природа. Справді, вся матерія Всесвіту, отже ми самі, складається з атомів і молекул, котрим вже отримано кількісні й загалом правильні закони їхньої поведінки, зокрема і квантово-молекулярному рівні.

Тим більше, що фізика була і залишається важливим фактором загального розвитку вивчення живих організмів в цілому. У цьому сенсі фізика як феномен культури, а не тільки як область знання, створює найбільш близьке для біології соціокультурне розуміння. Імовірно, саме у фізичному пізнанні відображені стилі мислення. наук.

Тому завдання наукового пізнання живого, можливо, і полягає в обґрунтуванні можливості застосування фізичних моделей та уявлень до визначення розвитку природи та суспільства також на основі фізичних закономірностей та наукового аналізу отримуваних знань про механізм процесів у живому організмі. Як говорив ще 25 років тому М.В.Волькенштейн, «в біології як науці про живе можливі лише два шляхи: або визнати неможливим пояснення життя на основі фізики та хімії, або таке пояснення можливо і його треба знайти, в тому числі на основі загальних закономірностей, що характеризують будову та природу матерії, речовини та поля».

Електрика в різних класах живих організмів

Наприкінці XVIII століття знамениті вчені Гальвані та Вольта виявили електрику у тварин. Першими тваринами, на яких вчені робили досвід, щоб підтвердити своє відкриття, були жаби. На клітину впливають різні чинники довкілля-подразники: фізичні - механічні, температурні, електричні;

Електрична активність виявилася невід'ємною властивістю живої матерії. Електрика генерує нервові, м'язові та залізисті клітини всіх живих істот, проте найбільш розвинена ця здатність у риб. Розглянемо явище електрику в теплокровних живих організмах.

В даний час відомо, що з 20 тис. сучасних видів риб близько 300 здатні створювати та використовувати біоелектричні поля. За характером розрядів, що генеруються, такі риби діляться на сильноелектричні і слабоелектричні. До перших відносяться прісноводні американські електричні вугри, африканські електричні соми і морські електричні схили. Ці риби генерують дуже потужні розряди: вугри, наприклад, напругою до 600 вольт, соми - 350. Напруга струму великих морських скатів невисока, оскільки морська вода є хорошим провідником, але сила струму їх розрядів, наприклад ската Торпедо, досягає іноді 60 ампер.

Риби другого типу, наприклад, мормірус та інші представники загону клюворилоподібних не випромінюють окремих розрядів. Вони посилають у воду серії майже безперервних і ритмічних сигналів (імпульсів) високої частоти, цього поля проявляється у вигляді так званих силових ліній. Якщо в електричне поле потрапляє об'єкт, який відрізняється за своєю електропровідністю від води, конфігурація поля змінюється: предмети з більшою провідністю згущують навколо себе силові лілії, а з меншою - розосереджують. Риби сприймають ці зміни за допомогою електричних рецепторів, розташованих у більшості риб в області голови, і визначають місцезнаходження об'єкта. Таким чином ці риби здійснюють справжню електричну локацію.

Майже всі вони полюють переважно вночі. Деякі з них мають поганий зір, тому в процесі тривалої еволюції і виробився у цих риб такий досконалий спосіб для виявлення на відстані їжі, ворогів, різних предметів.

Прийоми, що використовуються електричними рибами при лові видобутку та обороні від ворогів, підказують людині технічні рішення при розробці установок для електролову та відлякування риб. Виняткові перспективи відкриває моделювання електричних систем локації риб. У сучасній підводній локаційній техніці поки не існує систем пошуку та виявлення, які працювали б за зразком і подобою електролокаторів, створених у майстерні природи. Вченими багатьох країн ведеться наполеглива робота зі створення подібної апаратури.

ЗЕМНОВОДНІ

Для вивчення протікання електрики в земноводних візьмемо досвід Гальвані. У своїх дослідах він використав задні лапки жаби, з'єднані з хребтом. Підвішуючи ці препарати на гачку до залізних поручнів балкона, він звернув увагу, що, коли кінцівки жаби розгойдувалися вітром, їх м'язи скорочувалися при кожному дотику до поруччя. На підставі цього Гальвані дійшов висновку, щопосмикування лапок були викликані «тваринною електрикою», що зароджується в спинному мозку жаби і передається по металевих провідниках (гачку і перила балкона) до м'язів кінцівок. Проти цього положення Гальвані про «тваринну електрику» виступив фізик Олександр Вольта. У 1792 р. Вольта повторив досліди Гальвані і встановив, що ці явища не можна вважати «твариннимелектрикою». У досвіді Гальвані джерелом струму служив не спинний мозок жаби, а ланцюг, утворений з різнорідних металів – міді та заліза. Вольта мав рацію. Перший досвід Гальвані не доводив наявності «тварини електрики», але ці дослідження привернули увагу вчених до вивчення електричних явищ у живих організмах. У відповідь на заперечення Вольта Гальвані зробив другий досвід, вже без участі металів. Кінець сідничного нерва він накидав скляним гачком на м'яз кінцівки жаби - і при цьому також спостерігалося скороченням м'язів. У живому організмі здійснюється іонна провідність.

Утворенню та поділу іонів у живій речовині сприяє наявність води в білковій системі. Від нього залежить діелектрична стала білкової системи.

Носіями зарядів у цьому випадку є іони водню - протони. Тільки живому організмі всі види провідності реалізуються одночасно.

Співвідношення між різними проводами змінюється в залежності від кількості води в білковій системі. Сьогодні люди ще не знають всіх властивостей комплексної електропровідності живої речовини. Але ясно те, що саме від них залежать ті принципово відмінні властивості, які притаманні тільки живому.

На клітину впливають різні чинники довкілля - подразники: фізичні - механічні, температурні, електричні.

Слайд 2

Історія відкриття електричного явища

Вперше на електричний заряд звернув увагу Фалес Мілетський за 600 років до н. Він виявив, що бурштин, потертий вовну, набуде властивостей притягувати легкі предмети: пушинки, шматочки паперу. Пізніше вважалося, що така властивість має тільки бурштин. У середині XVII століття Отто фон Гаріке розробив електричну машину тертя. Крім того, їм було виявлено властивість електричного відштовхування однополярно заряджених предметів, а в 1729 англійський вчений Стівен Грей виявив поділ тіл на провідники електричного струму та ізолятори. Незабаром його колега Роберт Сіммер, спостерігаючи за електризацією своїх шовкових панчіх, дійшов висновку, що електричні явища обумовлені поділом на позитивний та негативний заряд тіл. Тіла при терті одне про одного викликають електризацію цих тіл, тобто електризація - це накопичення на тілі заряду одного типу, причому заряди одного знака відштовхуються, а заряди різного знака притягуються один до одного і компенсуються при з'єднанні, роблячи тіло нейтральним (незарядженим). В 1729 Шарль Дюфе встановив, що існує два роду зарядів. Досліди, проведені Дюфе, говорили, що один із зарядів утворюється при терті скла об шовк, а інший – при терті смоли об шерсть. Поняття про позитивний і негативний заряд ввів німецький дослідник природи Георг Крістоф. Першим кількісним дослідником був закон взаємодії зарядів, експериментально встановлений в 1785 Шарлем Кулон за допомогою розроблених ним чутливих крутильних ваг.

Слайд 3

Чому у наелектризованих людей волосся піднімається вгору?

Волосся електризується однойменним зарядом. Як відомо, однойменні заряди відштовхуються, тому волосся, подібно до листочків паперового султана, розходяться на всі боки. Якщо будь-яке тіло, що проводить, у тому числі і людське, ізолювати від землі, то його можна зарядити до великого потенціалу. Так, за допомогою електростатичної машини тіло людини можна зарядити до потенціалу у десятки тисяч вольт.

Слайд 4

Чи впливає електричний заряд, розміщений у такому випадку на тілі людини, на нервову систему?

Людське тіло – провідник електрики. Якщо його ізолювати від землі і зарядити, то заряд розташовується виключно поверхнею тіла, тому зарядження до порівняно високого потенціалу не впливає на нервову систему, оскільки нервові волокна знаходяться під шкірою. Вплив електричного заряду на нервову систему позначається момент розряду, у якому відбувається перерозподіл зарядів на тілі. Цей перерозподіл є короткочасним електричним струмом, що проходить не по поверхні, а всередині організму.

Слайд 5

Чому птахи безкарно сідають на дроти високовольтної передачі?

Тіло сидить на дроті птиці є відгалуження ланцюга, включене паралельно ділянці провідника між лапками птиці. При паралельному з'єднанні двох ділянок ланцюга величина струмів у них обернено пропорційна опору. Опір тіла птиці величезний у порівнянні з опором невеликої довжини провідника, тому величина струму в тілі птиці незначна і нешкідлива. Слід додати ще, що різницю потенціалів на ділянці між ногами птиці мала.

Слайд 6

Риби та електрика.

Риби використовують розряди: щоб висвітлювати свій шлях; для захисту, нападу та оглушення жертви;

- передають сигнали один одному та виявляють заздалегідь перешкоди

Слайд 7

Найвідомішими електричними рибами є електричний вугор, електричний скат та електричний сом. Ці риби мають спеціальні органи для накопичення електричної енергії. Невелика напруга, що виникає у звичайних м'язових волокнах, підсумовується тут завдяки послідовному включенню безлічі окремих елементів, які нервами, як провідниками, з'єднані в довгі батареї.

Слайд 8

Скати.

«Ця риба змушує ціпеніти тварин, яких вона хоче зловити, пересилуючи їх силою удару, який живе в її тілі».

Арістотель

Слайд 9

Сом.

Електричні органи розташовані майже по всій довжині тіла риби, що дають розряди напругою до 360 В.

Слайд 10

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ВГАР

Найпотужніші електричні органи біля вугрів, що мешкають у річках тропічної Америки. Їхні розряди досягають напруги 650 В.

Слайд 11

Грім одне із грізних явищ.

Грім і блискавка - це одне з грізних, але величних явищ, з якими людина була ще готова з давніх-давен. Стихія, що розбушувалася. Обрушувалася на нього у вигляді засліплюючих гігантських блискавок, грізних громових ударів, зливи та граду. У страху перед грозою люди обожнювали її, вважаючи знаряддям богів.

Найчастіше ми спостерігаємо блискавку, що нагадує звивисту річку з притоками. Такі блискавки називають лінійними, їх довжина при розряді між хмарами сягає понад 20 км.

Блискавки інших видів можна побачити значно рідше.

Електричний розряд в атмосфері у вигляді лінійної блискавки є електричним струмом. Причому сила струму змінюється за 02-03 секунди. Приблизно 65% усіх блискавок. Які спостерігаються у нас, мають значення сили струму 10000 А, але рідко досягають і 230 000 А. Канал блискавки, через який протікає струм, сильно розігрівається і яскраво світить. Температура каналу досягає десятків тисяч градусів, тиск підвищується, повітря розширюється проходить ніби вибух розпечених газів. Це ми сприймаємо як грім. Удар блискавки у наземний предмет може спричинити пожежу.

Слайд 13

При ударі блискавки, наприклад, у дерево. Воно нагрівається, волога з нього випаровується, а тиск пари, що утворилася, і газів, що нагрілися, призводять до руйнувань.

Для захисту будівель від грозових розрядів застосовують блискавковідводи, які є металевим стрижнем, що піднімається над об'єктом, що захищається.

Слайд 14