بیوالکتریکی

فهرست مطالب

صفحه اصلی علوم پایه فیزیک ماده و انرژی

علم و فناوری

بیوالکتریکی

زیست شناسی

چاپ استناد کنید اشتراک گذاری بازخورد

نوشته شده و بررسی شده توسط

ویراستاران دایره المعارف بریتانیکا

آخرین به روز رسانی: تاریخچه مقاله

فهرست مطالب

دسته: علم و فناوری

افراد کلیدی:

لوئیجی گالوانی

Emil Heinrich Du Bois-Reymond

مطالب مرتبط:

رپولاریزاسیون

دپولاریزاسیون

جریان بیوالکتریک

پتانسیل بیوالکتریک

هایپرپولاریزاسیون

(بیشتر نشان بده، اطلاعات بیشتر)

مشاهده تمام مطالب مرتبط →

بیوالکتریکی ، پتانسیل‌های الکتریکی و جریان‌های تولید شده توسط موجودات زنده یا موجود در آن.پتانسیل های بیوالکتریک توسط انواع فرآیندهای بیولوژیکی تولید می شوند و به طور کلی قدرت آنها از یک تا چند صد میلی ولت متغیر است. اما در مارماهی الکتریکی جریان های یک آمپر با ولتاژ 600 تا 1000 ولت ایجاد می شود. درمان مختصری از بیوالکتریکی در ادامه می آید. برای درمان کامل، الکتریسیته: اثرات بیوالکتریک را ببینید .

اثرات بیوالکتریک در دوران باستان از فعالیت ماهی های برقی مانند گربه ماهی نیل و مارماهی الکتریکی شناخته شده بود. آزمایش‌های لوئیجی گالوانی و الساندرو ولتا در قرن هجدهم در مورد ارتباط بین الکتریسیته و انقباض ماهیچه‌ها در قورباغه‌ها و سایر حیوانات در توسعه علوم فیزیک و فیزیولوژی اهمیت داشت . در دوران مدرن، اندازه گیری پتانسیل های بیوالکتریک به یک عمل معمول در پزشکی بالینی تبدیل شده است. برای مثال، اثرات الکتریکی ناشی از سلول‌های فعال قلب و مغز معمولاً برای اهداف تشخیصی بررسی و تجزیه و تحلیل می‌شوند.

مسابقه بریتانیکا

الکتریسیته: مدار کوتاه و جریان مستقیم

پتانسیل های بیوالکتریک با پتانسیل های تولید شده توسط دستگاه هایی مانند باتری ها یا ژنراتورها یکسان است. با این حال، تقریباً در همه موارد، الفجریان بیوالکتریک از جریانی از یون ها ( به عنوان مثال، اتم ها یا مولکول های باردار الکتریکی) تشکیل شده است، در حالی که جریان الکتریکی مورد استفاده برای روشنایی، ارتباطات یا قدرت، حرکت الکترون ها است. اگر دو محلول با غلظت‌های مختلف یک یون توسط غشایی از هم جدا شوند که جریان یون‌ها را مسدود می‌کند، عدم تعادل غلظت باعث ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی بین محلول‌ها می‌شود. در اکثر محلول ها، یون های یک بار الکتریکی معین با یون هایی با بار مخالف همراه هستند، به طوری که خود محلول بار خالص ندارد. اگر دو محلول با غلظت‌های مختلف توسط غشایی از هم جدا شوند که به یک نوع یون اجازه عبور دهد اما نوع دیگر را نه، غلظت یونی که می‌تواند عبور کند با انتشار تمایل به یکسان شدن دارد و بارهای خالص برابر و مخالف در دو محلول تولید می‌کند. در سلول های زنده این دو محلول در داخل و خارج سلول یافت می شوند . غشای سلولی که از داخل از خارج جدا می شود نیمه تراوا است و به یون های خاصی اجازه عبور می دهد و در عین حال یون های دیگر را مسدود می کند. به طور خاص، غشاهای سلولی عصبی و ماهیچه‌ای نسبت به یون‌های مثبت پتاسیم کمی نفوذپذیر هستند که به بیرون منتشر می‌شوند و یک بار منفی خالص در سلول باقی می‌گذارند.

پتانسیل بیوالکتریک در سراسر غشای سلولی معمولاً حدود 50 میلی ولت است. این پتانسیل به عنوان پتانسیل استراحت شناخته می شود . همه سلول ها از پتانسیل بیوالکتریک خود برای کمک یا کنترل فرآیندهای متابولیک استفاده می کنند، اما برخی از سلول ها از پتانسیل ها و جریان های بیوالکتریک برای عملکردهای فیزیولوژیکی متمایز استفاده می کنند. نمونه هایی از این موارد در سلول های عصبی و عضلانی یافت می شود. اطلاعات توسط پالس های الکتریکی (به نام پتانسیل عمل) که از امتداد رشته های عصبی عبور می کنند حمل می شود. نبض های مشابه در سلول های ماهیچه ای با انقباض عضلانی همراه است. در سلول‌های عصبی و عضلانی، تحریک شیمیایی یا الکتروشیمیایی منجر به تغییرات موقتی در نفوذپذیری غشای سلولی می‌شود و به پتانسیل الکتریکی بین داخل و خارج اجازه می‌دهد تا به عنوان جریانی که در طول رشته‌های عصبی منتشر می‌شود یا مکانیسم انقباضی فیبرهای عضلانی را فعال می‌کند، تخلیه شود. انتقال یون های سدیم در تولید پتانسیل های عمل نقش دارد. از جمله سلول های دیگری که عملکردهای تخصصی در آنها به حفظ پتانسیل های بیوالکتریک وابسته است، سلول های گیرنده حساس به نور، صدا و لمس و بسیاری از سلول هایی هستند که هورمون ها یا مواد دیگر ترشح می کنند.

ماهی‌های مختلف، اعم از آب‌های شیرین و دریایی، اندام‌های خاصی ایجاد کرده‌اند که قادر به تولید تخلیه‌های الکتریکی قابل‌توجه هستند، در حالی که ماهی‌های دیگر دارای بافت‌هایی هستند که می‌توانند میدان‌های الکتریکی ضعیف را در آب حس کنند. در بیش از 200 گونه ماهی، اندام بیوالکتریک درگیر دفاع شخصی یا شکار است. اژدر، یااشعه الکتریکی ، ومارماهی الکتریکی دارای اندام‌های الکتریکی قدرتمندی است که ظاهراً از آنها برای بی‌حرکت کردن یا کشتن طعمه استفاده می‌کنند. مارماهی الکتریکی دارای سه جفت اندام الکتریکی است. آنها بیشتر جرم بدن و حدود چهار پنجم طول کل ماهی را تشکیل می دهند . این ماهی مشهور است که می تواند یک شوک الکتریکی به اندازه کافی قوی ایجاد کند تا انسان را بیهوش کند. پرتوهای الکتریکی دارای دو اندام الکتریکی بزرگ به شکل دیسک، یکی در هر طرف بدن هستند که به شکل دیسک مانند بدن کمک می کنند.

گربه ماهی برقی آفریقا، ماهی چاقویی آمریکای لاتین و ستاره‌نگاران احتمالاً از اندام‌های بیوالکتریک خود به عنوان اندام‌های حسی در تشخیص ماهی‌های دیگر استفاده می‌کنند.

اشتراک Britannica Premium را دریافت کنید و به محتوای انحصاری دسترسی پیدا کنید.اکنون مشترک شوید

عنصر اصلی یک اندام بیوالکتریک یک سلول مسطح به نام an استپلاک الکتریکی . تعداد زیادی پلاک الکتریکی به صورت سری و موازی مرتب شده اند تا ولتاژ و ظرفیت تولید جریان اندام الکتریکی را ایجاد کنند. ماهی‌ها با زمان‌بندی تکانه‌های عصبی که پلاک‌های الکتریکی منفرد را فعال می‌کنند، تخلیه ناگهانی الکتریسیته را ایجاد می‌کنند و در نتیجه عملکرد همزمان کل آرایه را فراهم می‌کنند.

ترموالکتریک

فهرست مطالب

صفحه اصلیعلوم پایهفیزیکماده و انرژی

علم و فناوری

ترموالکتریک

فیزیک

چاپ استناد کنید اشتراک گذاری بازخورد

همچنین به عنوان: اثر Peltier-Seebeck، اثر ترموالکتریک شناخته می شود

نوشته شده و بررسی شده توسط

ویراستاران دایره المعارف بریتانیکا

اخرین به روز رسانی: 19 دسامبر 2023 • تاریخچه مقاله

فهرست مطالب

دسته: علم و فناوری

همچنین به نام:

اثر پلتیر-زیبک

افراد کلیدی:

یوهان ویلهلم ریتر

مطالب مرتبط:

اثر تامسون

اثر پلتیه

اثر Seebeck

ولتاژ Seebeck

ضریب پلتیه

در وب:

دانشگاه نورث وسترن - ترموالکتریک (19 دسامبر 2023)

مشاهده تمام مطالب مرتبط →

ترموالکتریک ، تبدیل مستقیم گرما به الکتریسیته یا الکتریسیته به گرما از طریق دو مکانیسم مرتبط، اثر Seebeck و اثر Peltier .

وقتی دو فلز در تماس الکتریکی قرار می‌گیرند، الکترون‌ها از یکی که الکترون‌ها در آن کمتر محدود شده‌اند خارج می‌شوند و به دیگری وارد می‌شوند. اتصال با محل به اصطلاح اندازه گیری می شودسطح فرمی الکترون ها در فلز؛ هر چه سطح بالاتر باشد، اتصال کمتر است. تراز فرمی نشان دهنده مرزبندی انرژی در باند هدایت یک فلز بین سطوح انرژی اشغال شده توسط الکترون ها و سطوح غیر اشغال شده است. انرژی یک الکترون در سطح فرمی - W نسبت به الکترون آزاد خارج از فلز است. جریان الکترون ها بین دو رسانا در تماس ادامه می یابد تا زمانی که تغییر در پتانسیل الکترواستاتیک سطوح فرمی دو فلز ( W1 و W2 ) را به یک مقدار برساند . این پتانسیل الکترواستاتیکی پتانسیل تماس ϕ 12 نامیده می شود و با e ϕ 12 = W 1 - W 2 به دست می آید که e 1.6 × 10-19 کولن است .

مسابقه بریتانیکا

الکتریسیته: مدار کوتاه و جریان مستقیم

اگر یک مدار بسته از دو فلز مختلف ساخته شده باشد، نیروی محرکه الکتریکی خالص در مدار وجود نخواهد داشت زیرا دو پتانسیل تماس با یکدیگر مخالف هستند و جریانی جریان نخواهد داشت. اگر دمای یکی از اتصالات نسبت به دومی افزایش یابد، جریانی وجود خواهد داشت . یک نیروی محرکه الکتریکی خالص در مدار ایجاد می شود، زیرا بعید است که دو فلز سطوح فرمی با وابستگی به دمای یکسان داشته باشند. برای حفظ اختلاف دما، گرما باید وارد اتصال گرم شود و از اتصال سرد خارج شود. این با این واقعیت سازگار است که جریان می تواند برای انجام کارهای مکانیکی استفاده شود. به تولید نیروی الکتروموتور حرارتی در یک اتصال می گوینداثر Seebeck (پس از فیزیکدان آلمانی متولد استونیایی، توماس یوهان Seebeck ). نیروی محرکه الکتریکی تقریباً با اختلاف دما بین دو اتصال فلزات غیرمشابه خطی است که به آنها ترموکوپل می گویند . برای یک ترموکوپل ساخته شده از آهن و کنستانتان ( آلیاژی از 60 درصد مس و 40 درصد نیکل)، نیروی محرکه الکتریکی حدود پنج میلی ولت است که محل اتصال سرد در دمای 0 درجه سانتیگراد و اتصال گرم در 100 درجه سانتیگراد باشد. یکی از کاربردهای اصلی اثر Seebeck اندازه گیری دما است. خواص شیمیایی محیطی که دمای آن اندازه گیری می شود و حساسیت مورد نیاز انتخاب اجزای یک ترموکوپل را تعیین می کند.

جذب یا آزاد شدن گرما در محل اتصالی که در آن جریان الکتریکی وجود دارد ، نامیده می شوداثر پلتیه (به نام فیزیکدان فرانسوی ژان چارلز پلتیه ). هر دو اثر Seebeck و Peltier نیز در محل اتصال یک فلز و یک نیمه هادی و در محل اتصال بین دو نیمه هادی رخ می دهند. توسعه ترموکوپل های نیمه هادی (به عنوان مثال، آنهایی که از بیسموت تلورید نوع n و نوع p تشکیل شده اند ) استفاده از اثر پلتیه را برای تبرید عملی کرده است. مجموعه ای از این ترموکوپل ها به صورت الکتریکی به صورت سری و حرارتی به صورت موازی متصل می شوند. هنگامی که جریان الکتریکی به جریان می افتد، اختلاف دما، که به جریان بستگی دارد، بین دو اتصال ایجاد می شود. اگر دمای محل اتصال گرمتر با حذف حرارت پایین نگه داشته شود، اتصال دوم می تواند ده ها درجه سردتر باشد و به عنوان یک یخچال عمل کند. یخچال های پلتیر برای خنک کردن اجسام کوچک استفاده می شوند. آنها جمع و جور هستند، فاقد قطعات مکانیکی متحرک هستند و می توانند برای حفظ دماهای دقیق و پایدار تنظیم شوند. آنها در کاربردهای متعددی استفاده می شوند، به عنوان مثال، برای ثابت نگه داشتن دمای یک نمونه در حالی که در مرحله میکروسکوپ است.