Первичное действие постоянного тока на биологические ткани

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

И ДЕЙСТВИЕ ЕГО НА ОРГАНИЗМ

 

Цель работы: экспериментальное определение удельного сопротивления металла. Изучение устройства и принципа работы аппарата «Поток –1».

Задачи работы: 1) определение удельного сопротивления металла; 2) расчет погрешности определения удельного сопротивления и сравнение полученного результата с табличным значением; 3) измерение пороговой силы тока; 4) вычисление пороговой плотности тока.

Обеспечивающие средства: установка для определения удельного сопротивления проволоки; микрометр; аппарат для гальванизации «Поток-1».

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Часть I. Удельное сопротивление проводника

Электрическим током называется направленное, упорядоченное движение заряженных тел или частиц (электронов, ионов и т.д.).

Численной характеристикой тока является сила тока I – заряд q, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени:

. (1)

Единица измерения силы тока в системе СИ – ампер (А).

Плотность тока j – сила тока через единичное сечение, характеризует распределение тока по сечению проводника:

или . (2)

Единица измерения плотности тока в системе СИ – ампер на квадратный метр (А/м²).

Электрический ток возникает при наличии разности потенциалов (напряжения) U на концах проводника. Единица измерения напряжения в системе СИ – вольт (В).

Среда, в которой движутся заряды, оказывает сопротивление току. Согласно классическим представлениям электрическое сопротивление металлов обусловлено столкновениями свободных носителей заряда (электронов) с частицами, образующими структурную кристаллическую решетку (ионами металла).

По закону Ома для участка электрической цепи сила тока I, напряжение U и сопротивление участка R связаны соотношением

. (3)

Если участок цепи представляет собой проводник, то его электрическое сопротивление R определяется как

, (4)

где L - длина отрезка проволоки, S - площадь поперечного сечения, r - удельное сопротивление материала проводника, отсюда

. (5)

В системе СИ единица измерения сопротивления – ом (Ом), удельного сопротивления – ом × метр (Ом × м).

Выразим сопротивление R из закона Ома (3) и подставим в уравнение (5)

. (6)

Для проволоки круглого сечения , где r - радиус, d - диаметр сечения, следовательно:

. (7)

Величина, обратная сопротивлению, называется электропроводностью (электрической проводимостью) G:

, (8)

удельная электропроводность (удельная электропроводимость) g обратна удельному сопротивлению:

. (9)

 

Часть II. Действие постоянного тока на организм

Первичное действие постоянного тока на биологические ткани

Биологические жидкости являются электролитами, электропроводимость которых имеет сходство с электропроводимостью металлов: в обеих средах, в отличие от газов, носители тока существуют независимо от наличия электрического поля.

Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах.

Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей.

Постоянный электрический ток вызывает в тканях организма следующие физико-химические эффекты: э лектролиз, поляризацию, электродиффузию и электроосмос.

Перемещение ионов под действием постоянного электрического тока вызывает изменение их соотношения в клетках и межклеточном пространстве. Такие сдвиги изменяют поляризацию возбудимых тканей.

Наряду с перемещением ионов электрический ток изменяет проницаемость мембран возбудимых тканей и увеличивает пассивный транспорт крупных белковых молекул (амфолитов) и других веществ (явление электродиффузии).

Под действием электрического поля в тканях возникает разнонаправленное движение молекул свободной и захваченной в гидратные оболочки ионов (главным образом Na⁺, K⁺, Cl^-) воды примембранного слоя относительно клеток. Из-за того, что количество молекул воды в гидратных оболочках катионов больше, чем у анионов, содержание воды под катодом увеличивается, а под анодом – уменьшается (электроосмос).