Научная работа электричество и живые организмы. Электричество в живой природе: шокирующие факты. Электросварка в живых тканях

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Электрические процессы в живых организмах

Боголюбова Александра Евгеньевна, студентка 1 курса

Руководитель : Мокрова Ирина Иннокентьевна, преподаватель физики

Образовательная организация: ГБПОУ Московский технологический колледж

2015г

г.Москва

Содержание

Введение.

2.Электрические токи в живых организмах

2.1. Электрические рыбы

2.1.1.Электрический угорь

2.1.2.Электрический сом

2.1.3.Электрический скат

2.3.1.Общая характеристика действия тока на тело человека

2.3.5. Действие зарядов лейденской банки на человека

2.3.6. Изобретение дефибриллятора постоянного тока

2.3.7. Электролечение

2.3.8.Метод Фолля

Заключение

Введение

С давних времен человек пытался понять явления в природе. Много гениальных гипотез, объясняющих происходящее вокруг человека, появилось в разное время и в разных странах. Мысли греческих и римских ученых и философов, живших еще до нашей эры: Архимеда, Евклида, Лукреция, Аристотеля, Демокрита и других - и сейчас помогают развитию научных исследований.

Способность некоторых животных вырабатывать электричество известно давно. Но природа проявления электрических явлений в живых организмах стала объектом наблюдения двести лет назад. И до сих пор некоторые явления, происходящие в живых организмах, недостаточно изучены. В нашей работе мы попытались систематизировать случаи проявления электрических взаимодействий в животной и растительной среде, проследить историю создания лейденской банки и ее дальнейшее использование в медицине.

1. История открытия животного электричества

1.1. Открытие Луиджи Гальвани

Всем известно что электричество вошло в нашу жизнь благодаря животным. С электрическими явлениями древние египтяне были знакомы еще четыре с половиной тысячи лет назад. Об этом свидетельствует надгробный памятник в Соккаре, на котором изображен электрический сом, живущий в верховьях Нила. Но лишь в итальянский профессор анатомии обнаружил, что электрические разряды заставляют подергиваться конечности мертвой лягушки. Это событие произошло отчасти случайно. Рассказывают, что синьоре Гальвани, жене болонского профессора анатомии, приходилось самой ходить в мясную лавку, где продавались и лягушачьи окорочка. История утверждает, что лягушачьи лапки, развешанные гроздьями на медных крючках, прикрепленных к железным перекладинам, поразили воображение синьоры Гальвани. К ее великому удивлению и ужасу, отрезанная лапка лягушки, касаясь железа, вздрагивала, точно живая. Утверждают, будто синьора так надоела мужу, рассказывая о напугавшем ее явлении, объясняя его близостью мясника с нечистой силой, что профессор решил провести наблюдения за лягушками у себя дома

В один из осенних вечеров 1789 г. итальянский естествоиспытатель и врач Луиджи Гальвани (1737-1798) делал опыты над мышцами лягушки. Особенно его интересовало действие на мускулы ног животного электрических разрядов, которые получали тогда от электрофорной машины. Препарированная лягушка (со снятой кожей) подвешивалась на медном крючке. Как только в мышцу конечности пропускали электрический разряд, мышца вздрагивала, сокращалась, лапка подпрыгивала.

Каково же было удивление ученого, когда он заметил, что сокращение мышц происходит и без воздействия электрических разрядов, а просто от соприкосновения с ножом, скальпелем или железной проволокой. Явление казалось загадочным.

После долгих поисков ему удалось доказать, что лапка лягушки сокращается и без всякого соприкосновения с металлом. Из тщательно поставленных опытов был сделан неоспоримый вывод, что в животных тканях образуется и собственное электричество. Классические опыты Гальвани сделали его отцом электрофизиологии. Гальвани, осуществив ряд экспериментов, пришел к выводу о существовании нового источника и нового вида электричества. Его привели к такому выводу опыты составления замкнутой цепи из проводящих тел и металлов (лучше всего по признанию самого учёного было использовать разные металлы, например железный ключ и серебряную монету) и лягушечного препарата.

После долгих научных изысканий Гальвани предположил, что мышца является своеобразной батареей лейденских банок, непрерывно возбуждаемой действием мозга, которое передается по нервам. Именно так и была рождена теория животного электричества, именно эта теория создала базу для возникновения электромедицины, и открытие Гальвани произвело сенсацию.

1.2.История изобретения первого источника постоянного тока

Вскоре этими вопросами заинтересовался другой итальянский ученый Алессандро Вольта (1745-1827).Вольта провёл ряд опытов и показал, что наблюдаемые явления связаны с наличием замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных металлов и жидкости. Вольта считал причины «гальванизма» физическими, а физиологические действия – одними из проявлений этого физического процесса. Проведя опыты с разными парами электродов, Вольта установил, что физиологическое раздражение нервов тем сильнее, чем дальше отстоят друг от друга два металла в следующем ряду: цинк, оловянная фольга, олово, свинец, железо, латунь и т.д. до серебра, ртути, графита. Этот знаменитый ряд напряжений (активностей) Вольта и составлял ядро эффекта; мышца лягушки была лишь пассивным, хотя и очень чувствительным электрометром, а активными звеньями являлись металлы, от контакта которых и происходила их взаимная электризация.

Проводя многочисленные сравнительно-физиологические опыты, Вольта наблюдал у животных большую электрическую возбудимость нервов по сравнению с мышцами, а также гладкой мускулатуры кишечника и желудка по сравнению со скелетной. Он обнаружил (1792-1795) электрическую раздражимость органов зрения и вкуса у человека. Эти работы имели большое значение в истории методов физиологического эксперимента.

В 1800 г. Вольта изобрёл так называемый Вольтов столб – первый источник постоянного тока, состоявший из 20 пар кружочков из двух различных металлов, разделённых смоченными солёной водой или раствором щёлочи прослойками ткани или бумаги. Изобретение вольтова столба доставило Вольта всемирную славу и оказало огромное влияние не только на развитие науки об электричестве, но и на всю историю человеческой цивилизации. Вольтов столб возвестил о наступлении новой эпохи – эпохи электричества. Позднее такие элемен¬ты стали называть гальваническими.

Вольта был избран членом Парижской и других академий, Наполеон сделал его графом и сенатором Итальянского королевства. Именем Вольта названа единица электрического напряжения – вольт.

рис.1.Вольтов столб

Установив это, ученый изобрел первую электрическую батарею постоянного тока – Вольтов столб, который состоял из 20 пар медных и цинковых кружков, разделенных картонными прокладками, смоченными кислотой. Положительным электродом в этой батарее служил кружочек из меди, отрицательным – кружочек из цинка. Позднее такие элементы стали называть гальваническими.

Предоставим слово современнику той поры - выдающемуся французскому ученому Араго, написавшему биографию Вольты:

"В начале 1800 года вследствие теоретических соображений знаменитый профессор придумал составить длинный столб из кружков: медного, цинкового и мокрого суконного. Чего ожидать заранее от такого столба? Это собрание, странное и, по-видимому, бездействующее, этот столб из разнородных металлов, разделенных небольшим количеством жидкости, составляет снаряд, чуднее которого никогда не изобретал человек, не исключая даже телескопа и паровой машины".

Он поставил следующий эксперимент: четырех своих помощников он поставил на смолу, чтобы изолировать от земли. Первому из стоящих велел взять в мокрую правую руку цинковую пластинку, а левой коснуться языка своего соседа. Тот, в свою очередь, должен был мокрым пальцем коснуться глазного яблока следующего. Третий и четвертый держали в руках свежепрепарированную лягушку. И кроме того, у четвертого в свободной мокрой руке была зажата серебряная пластинка. Когда серебро касалось цинка, язык второго чувствовал кислый вкус, в глазу у третьего вспыхивало световое пятно, лапки лягушки между третьим и четвертым начинали дергаться. Превосходный результат! Разве не доказывает он, что никакого "животного электричества" не существует? Все дело в контакте различных металлов.

После статьи в "Физико-медицинском журнале" в 1794 г., где он утверждал, что надо говорить не о "животном" электричестве, а об электричестве "металлическом", оставалось дожидаться только одного: появления технического устройства из металлов, генерирующего электрический ток. Но идеи подобного устройства у Вольты в то время не было. Прошло пять лет, наполненных опытами, дискуссиями, размышлениями, сомнениями. Но вот в самом конце 1799 г. Вольта изготавливает источник электрического тока из двух разнородных металлов, разделенных влажным телом. Это был вольтов столб.

В Парижской академии наук организовали специальную комиссию по изучению гальванизма. В нее вошли самые известные ученые. Они соорудили по описаниям вольтов столб и повторили все эксперименты итальянского исследователя перед его приездом. Погрузив один из концов "электродвигательного прибора" в воду и присоединив к другому его концу металлическую проволоку, академики засовывали руку в чашку с водой и одновременно прикладывали второй электрод к языку, к веку, к кончику носа или на лоб. В момент замыкания цепи следовал такой удар, что некоторые чуть не лишались языка. Но... наука требует жертв. Ощущения были настолько неожиданными! При наложении проволоки на веко создавалось ощущение вспышки. А когда два электрода от противоположных полюсов батареи вставляли в уши, в голове раздавался шум... "Это было нечто вроде треска или лопанья, как если бы кипело какое-то масло или вязкое вещество", - писал сам Вольта. Он полагал, что в дальнейшем его прибор сможет послужить медикам для излечения болезней. Другого применения гальваническому электричеству он не представлял.

После опытов Гальвани ученые заинтересовались и “животным” электричеством, как его назвал Дюбуа Реймон (1818-1896). И. М. Сеченов (1829-1905), А. Ф. Самойлов, Б. Ф. Вериго и другие русские физиологи внесли значительный вклад в изучение этого интересного явления. В 1881 г. И. М. Сеченов в спинном и головном мозгу лягушки обнаружил так называемые спонтанные (сами собой возникающие) электрические колебания.

В 1882 г. Знаменитый русский физиолог Н. Е. Введенский впервые в мире с помощью телефона услышал биоэлектрические токи, возникающие в мышцах и нервах человека.

По мере того как совершенствовались электроизмерительные приборы, электрические токи (или биотоки) обнаруживались у все большего числа животных и растений. Из отдельных работ выросла специальная научная дисциплина – электрофизиология.

2..Электрические токи в живых организмах

2.1. Электрические рыбы

Люди узнали про электрических рыб довольно давно: ещё в Древнем Египте для лечения эпилепсии использовали электрического ската, анатомия электрического угря подсказала Алессандро Вольте идею его знаменитых батарей, а Майкл Фарадей первым рассчитал мощность “батарей” электрического угря: она равна 15 заряженным лейденским банкам с общей рабочей поверхностью элементов – 2250 квадратных метров.

Несмотря на то что во времена Фарадея техника регистрации токов была несовершенна, его опыты оказались безупречными.Электроды, которые Фарадей прикладывал к голове и хвосту рыб, были подключены к соленоиду со стальной иглой. В момент прохождения по соленоиду импульса тока игла намагничивалась, и по магнитным полюсам на концах иглы ученый определял полярность исследуемых участков тела рыб.

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

Сначала биологи обнаружили странное поведение небольшой пресноводной рыбки – американского сомика. Он чувствовал приближение к нему металлической палочки в воде на расстоянии нескольких миллиметров. Английский ученый Ганс Лиссман заключал в парафиновую или стеклянную оболочку металлические предметы, опускал их в воду и рыбка чувствовала металл. Действительно, оказалось, что рыбы имеют специальные органы, которые воспринимают слабую напряженность электрического поля.

Проверяя чувствительность электрорецепторов у рыб, ученые проводили опыт. Закрывали аквариум с рыбкой темной тканью или бумагой и водили рядом по воздуху небольшим магнитом. Рыбка чувствовала магнитное поле. Потом исследователи просто водили возле аквариума руками. И она реагировала даже на самое слабое, создаваемое человеческой рукой, биоэлектрическое поле.

Рыбы не хуже, а порой и лучше самых чувствительных в мире приборов регистрируют электрическое поле и замечают малейшее изменение его напряженности. Рыбы, как оказалось, не только плавающие “гальванометры”, но и плавающие “электрогенераторы”. Они излучают в воду электрический ток и создают вокруг себя электрическое поле.С помощью электрических сигналов рыбы могут даже особым образом “переговариваться”. Угри, например, при виде пищи начинают генерировать импульсы тока определенной частоты, привлекая тем самым своих собратьев. А если двух рыб поместить в один аквариум, частота их электрических разрядов сразу же увеличивается.

В настоящее время известно, что из 20 тыс. современных видов рыб около 300 способны создавать и использовать биоэлектрические поля. По характеру генерируемых разрядов такие рыбы делятся на сильноэлектрические и слабоэлектрические и воспринимающие

Слабоэлектрические

Воспринимающие

Электрический угорь до 600 в

Электрический сом до 350 В

Электрический скат

Рыба-нож

Рыба-слон

Акулы

большинство скатов

Коньки

большинство сомов

Веслонос

2.1.1.Электрический угорь

Электрический угорь - рыба из , единственный вид рода Electrophorus . Населяют реки северо-восточной части и притоки среднего и нижнего течения .

Еще первые завоеватели Америки нашли свою смерть в непроходимых лесах и болотах Южной Америки. Но это не останавливало жадных до золота авантюристов. В джунгли отправлялись все новые и новые экспедиции.

Одному из таких отрядов удалось проникнуть в верховье Амазонки. Несколько месяцев плыли люди по реке, прежде чем достигли ее истоков. Дальше плыть стало невозможно, и отряд двинулся в джунгли по суше. Дорогу преграждали непроходимые заросли, страшные топкие болота. Все шло хорошо, пока отряд не достиг цепочки соединенных между собой мелких луж. Индейцы носильщики категорически отказались войти в воду. В глазах их отражался ужас. Европейцы никак не могли понять, в чем дело. Лужи были такие мелкие, что в них не могли прятаться ни крокодилы, ни гигантские анаконды. Гроза южноамериканских рек - рыбы пираньи также не могли здесь оказаться.

Один из европейцев пошел вперед, чтобы подать пример испуганным носильщикам. Но едва он сделал несколько шагов, как с нечеловеческим криком рухнул навзничь, точно сбитый с ног могучим ударом. Два товарища, бросившиеся ему на помощь, в ту же секунду оказались в грязи, опрокинутые все тем же невидимым противником. Лишь через час их спутники отважились осторожно войти в воду и вынесли на сушу пострадавших товарищей. Все трое остались живы, но продолжать путь отряд уже не мог. У жертв невидимого врага были парализованы ноги. К вечеру ноги понемногу начали двигаться, но только через несколько дней больные окончательно выздоровели. Отряд решил вернуться назад. Так впервые европейцы узнали еще об одной подводной электростанции, которая находится в теле довольно крупной рыбы – пресноводного угря. Теперь эти рыбы получили название электрических угрей. Размеры их 1,5 - 2 метра, а вес 15 - 20 килограммов. Живут они в мелких ручьях и болотах. Когда болота пересыхают, угри зарываются в ил, пока не наступит следующий сезон дождей.

Кожа у электрического угря голая, без чешуи, тело сильно удлинённое, округлое в передней части и несколько сжатое с боков в задней части. Окраска взрослых электрических угрей оливково-коричневая, нижняя сторона головы и горла ярко-оранжевая, край анального плавника светлый, глаза изумрудно-зелёные. Питается угорь в основном, мелкой рыбешкой. Электрический угорь - опаснейшая рыба среди всех электрических рыб. . В тех местах, в которых живет угорь, чаще всего большой недостаток кислорода. Поэтому у электрического угря появилась особенность поведения. Под водой угри находятся около 2 часов, а потом выплывают на поверхность и дышат там в течение 10 минут, тогда как обычным рыбам достаточно всплывать на несколько секунд. Электрический угорь агрессивен. Может напасть без предупреждения, даже если никакой угрозы для него не существует. Если что-то живое попадет в зону действия его силового поля, то угорь не станет прятаться или уплывать прочь. Электрические органы помогают угрю искать добычу: он испускает сравнительно слабые электрические импульсы, напряжение которых не превышает 40 - 50 вольт; эти низковольтные разряды помогают ему находить мелких морских обитателей, которыми угорь питается. Кроме того, электрические угри способны воспринимать электрические разряды друг друга - во всяком случае, когда один из них ударом электрического тока парализует жертву, к добыче устремляются и другие угри..

Европейцы знакомы с электрическим угрем с 1729 года. Английский ученый Фарадей первым рассчитал мощность “батарей” электрического угря: она равна 15 заряженным лейденским банкам с общей рабочей поверхностью элементов – 2250 квадратных метров.

Несмотря на то что во времена Фарадея техника регистрации токов была несовершенна, его опыты оказались безупречными.

Электроды, которые Фарадей прикладывал к голове и хвосту рыб, были подключены к соленоиду со стальной иглой. В момент прохождения по соленоиду импульса тока игла намагничивалась, и по магнитным полюсам на концах иглы ученый определял полярность исследуемых участков тела рыб.

Приблизившись к преследуемой жертве, угорь разряжает свой парализующий удар, действие которого до того сильно, что в одно мгновение все рыбы и крабы в районе распространения этого удара опрокидываются навзничь и становятся неподвижными. Тогда он выбирает себе подходящую жертву и проглатывает ее с помощью сильного всасывающего движения, производящего явственный шум.

Обращение с электрическим угрем - дело довольно опасное. В Лондонском зоопарке угорь однажды сильно ударил электрическим током служителя, который его кормил. Другой угорь начал генерировать электрические разряды, когда его переносили в металлической коробке, и служителю пришлось бросить коробку на землю. Но только при непосредственном контакте удар угря оказывается смертельным; однако пловец, оказавшийся в воде недалеко от места разряда, может утонуть, находясь в состоянии шока. . Мясо электрического угря в Южной Америке едят. Но ловить его опасно. Один из способов ловли рассчитан на то, что угорь, разрядивший свою батарею, надолго становится безопасен. Поэтому рыбаки поступают так: в реку загоняют стадо коров, угри нападают на них и расходуют свой запас электричества. Прогнав коров из реки, рыбаки бьют угрей острогами.

Подсчитано, что 10 тыс. угрей могли бы дать энергию для движения электропоезда в течение нескольких минут. Но после этого поезду пришлось бы стоять несколько суток, пока угри восстановили бы свой запас электрической энергии. Почти 4/5 длины всего тела занято электрическими органами, которые тянутся от заднего конца полости тела до конца хвоста, и на них приходится треть общего веса. Электрический орган, студневидная ткань, разделенная соединительными перегородками, занимает большую часть тела этой удивительной рыбы: до 5/6 ее длины и 3/8 веса. Положительный полюс – у головы, отрицательный – у хвоста. Собственно, электрических органов у угря всего до полумиллиона – это миниатюрные клетки, производящие электричество, соединенные нервами последовательно, благодаря этому разряд трехметрового угря достигает 650 вольт. Электрические клетки-пластинки сложены столбиками, которые соединены между собой параллельно, что увеличивает общую силу тока до двух ампер, а мощность – до киловатта!

Рис. 2. Клетки угря под микроскопом

Электрические разряды угря различны в зависимости от назначения. Они подразделяются на импульсы покоя, поиска, лова и защиты. Угорь, спокойно лежащий на дне, не генерирует электрических сигналов. Если угорь голоден, он медленно плавает, регулярно посылая импульсы напряжением до 50 В и длительностью около 2 мс. Количество таких разрядов может сильно варьировать, а форма импульсов характеризуется пологим (постепенным) подъемом. Когда угорь обнаруживает добычу, частота и амплитуда импульсов резко увеличиваются. Он начинает испускать серии из 50-400 импульсов напряженностью 300-600 В, продолжительностью 0,6-2,0 с. Чем меньше добыча, тем выше частота следования генерируемых импульсов. Он посылает импульсы до тех пор, пока не приводит жертву в состояние наркоза. Этого достаточно что бы парализовать большинство рыб, и даже животное размером с лошадь.Между разрядами наступают продолжительные паузы, во время которых энергия восстанавливается.

Рис.3.Электрический угорь

Рис. 4. Разряд электрического угря

Защитные импульсы угорь использует при встрече с врагом. В экспериментальных условиях они возникают, если угря потревожить палочкой. При этом рыба излучает серии редких импульсов высокого напряжения - обычно два (в некоторых случаях до семи) - и три поисковых импульса небольшой амплитуды.

2.1.2.Электрический сом.

Электрический сом (лат. Malapterurus electricus) - вид придонных пресноводных рыб из рода Malapterurus семейства Электрические сомы (Malapteruridae), обитающих в тропических и субтропических водоёмах Африки. Электрического сома причисляют к сильноэлектрическим рыбам.

Ритс.5.Электрический сом

Это довольно крупная рыба: длина отдельных особей превышает 1 метр. Масса крупной особи может составить 23 кг. Тело вытянутое. Голова несёт три пары усиков. Глаза маленькие, светящиеся в темноте. Окраска довольно пёстрая: тёмно-коричневая спина, буроватые бока и желтоватое брюхо. По телу разбросаны многочисленные тёмные пятна, грудные и брюшные плавники розовые, хвостовой плавник с тёмным основанием и широкой красной или оранжево-красной оторочкой. Спинного плавника у электрического сома нет. Грудные плавники не имеют колючек. Эти рыбы обитают в бассейне Ниле и реках Западной Африки . Электрические сомы представляют большую опасность для человека, чем электрические скаты. Электрические органы сома способны производить электрические разряды, напряжение которых достигает 360 вольт. Если человек дотронется до тела сома, то может мгновенно погибнуть. Существуют рассказы о том, что пойманная рыба, которая пролежала на воздухе несколько минут (заснувшая) может производить электрические разряды, которые способны парализовать взрослого человека.

У сома хвост заряжен положительно относительно головы. Напряжение и сила тока в отдельных импульсах разряда электрического сома длиной свыше 80см могут достигать 250В и 0,5А.

Залпы, производимые сомом при захвате и заглатывании мелкой добычи, относительно коротки - в среднем они состоят из 71 импульса. Продолжительность залпов и количество составляющих их импульсов увеличиваются, если сом атакует более крупную жертву. Так, сом длиной 16 см при захвате рыбы длиной 5,5 см генерирует залп в 1297 импульсов при средней продолжительности залпа 24,8 с. Таким образом, сом в каждом конкретном случае «выбирает» наиболее оптимальный режим разрядной деятельности.

Рис. 6. Разряд электрического сома

Напряжение разряда электрического сома в воде может достигать 350 В при силе тока в десятые доли ампера. Максимальная разность потенциалов при этом образуется между головой и хвостом рыбы. После относительно мощных разрядов его электрические органы нагреваются. Характер разрядов теснейшим образом связан с условиями среды (температурой, освещенностью, временем года) и состоянием самой рыбы.

Полярность электрических полей у сома и угря различна. Впервые структуру таких полей и направление в них тока определил в 1838 г. Фарадей. У многих рыб (гимнарха, рыбыножа, гнатонемуса) голова заряжается положительно, хвост – отрицательно, а вот у электрического сома, наоборот, хвост – положительно, а голова – отрицательно.

2.1.3.Электрические скаты

Рис.7..Электрический скат

Электрический скат упоминается во многих легендах, дошедших до нас из глубины веков; толкователи снов считали, что он предвещает близкое несчастье. Греки и римляне знали, что скат владеет источником какой-то странной энергии, и, поскольку электричество тогда не было известно, полагали, что источник ее - какое-то неведомое вещество. Существовало и еще одно поверье - будто скат, пойманный на бронзовый крючок, убивает забросившего снасть рыбака, причем смерть наступает от свертывания крови

Электрические скаты, обитающие и в умеренной, и в тропической зонах, способны создать на своих "электродах" напряжение до 50 вольт и выше; этого достаточно, чтобы убивать рыб и ракообразных, которыми питаются скаты. Электрический скат похож на гибкий блин с длинным и толстым хвостом. Охотясь, скат бросается на жертву всем телом и "обнимает" ее своими "крыльями", на концах которых находятся электрические органы. Объятие смыкается, "электроды" разряжаются - и скат убивает свою жертву разрядом тока.

Самый крупный из электрических скатов - это Torpedo nоbiliana, обитатель вод Северной Атлантики; в длину он достигает 1,8 метра, весит около 100 килограммов и способен создавать разность потенциалов в 200 вольт - этого достаточно, чтобы убить любое животное, оказавшееся в воде поблизости. Особая действенность электрического разряда в воде объясняется тем, что вода - хороший проводник электрического тока.

Скаты излучают разряды залпами, в каждом из которых насчитывается 2-10 и более импульсов. Продолжительность каждого 3-5 мс В отличие от электрического угря скаты не испускают слабых импульсов. В 1960 г. на выставке, организованной английским Научным королев¬ским обществом в честь 300-летия со дня его основания, среди загадок природы, которые человеку предстоит раскрыть, демонстрировался обычный стеклянный аквариум с находящейся в нем рыбой -электрическим скатом. К аквариуму через металлические электроды был подключен вольтметр. Когда рыба была в покое, стрелка вольтметра стояла на нуле. При движении рыбы вольтметр показывал напряжение, идостигавшее при активных движениях 400 В. Надпись гласила: "Природу этого электрического явления, наблюдавшегося задолго до организации английского королевского общества, человек разгадать до сих пор не может".

В момент излучения мощных импульсов как вне, так и внутри тела сильноэлектрических рыб проходят токи высокого напряжения. Почему же эти рыбы не подвергаются действию собственных разрядов? Подобная невосприимчивость объясняется тем, что в их теле находятся особые «электропровода» - участки, отличающиеся от соседних более высокой электропроводностью. Так, у мраморного электрического ската сопротивление участков кожи, покрывающих электрические органы, в 3-4 раза ниже, чем сопротивление участков кожи, покрывающих другие органы. Электрический ток в основном проходит через эти участки, почти не воздействуя на остальные.

В родной стихии скат не реагирует на разряды благодаря высокой электропроводности морской воды. Если же ската вынуть из воды, каждый разряд будет вызывать непроизвольное сокращение его мускулатуры.

2.1.4.Слабоэлектрические рыбы

Слабоэлектрические рыбы излучают серии почти непрерывных и ритмичных импульсов. Напряжение тока, генерируемого слабоэлектрическими рыбами, измеряется десятыми долями вольта. По характеру разрядов все эти рыбы могут быть подразделены на две группы.

К первой относят рыб, у которых разряды регулярные, монофазные, с относительно большой длительностью импульсов (2-10 мс). Частота следования импульсов варьирует от 60 до 940 в секунду. Среди рыб этой группы наиболее изучен гимнарх.

Рис.8 Гимнарх

Его разряды состоят из электрических импульсов, непрерывно следующих друг за другом с частотой приблизительно 300 импульсов в секунду. Импульсы гимнарха можно зарегистрировать и вне воды, если держать рыбу в воздухе, а электроды наложить непосредственно на кожу. Частота излучения электрических импульсов у гимнарха меняется только при изменении температуры воды (раздражение и физиологическое состояние не оказывают влияния). Наиболее четко проявляются разряды при температуре воды 28°.

Рис.9.Электрическое поле гимнарха (вид сверху).Рис 10. Одиночные импульсы гимнарха

Излучаемые гимнархом разряды состоят из отдельных монофазных импульсов длительностью 1,3 мс с интервалами 2,3 мс (рис. 10). Хвост рыбы становится электроотрицательным относительно головы. Разность потенциалов, возникающих на хвосте и голове,- сотые доли вольта.

Каждый разрядный импульс образует вокруг гимнарха характерное электрическое поле (рис. 9), оно расположено горизонтально по оси тела. Поле у головы и хвоста рыбы несимметрично - вокруг головы более растянуто, что обусловлено расположением электрических органов на хвосте гимнарха.

Наиболее типичный и хорошо исследованный представитель этой группы - африканский слоник. Его разряды состоят из отдельных двухфазных синусоидальных импульсов, амплитуда и частота следования которых зависят от степени возбуждения рыбы и факторов окружающей среды: температуры, освещенности, солености воды, присутствия различных объектов (рис. 10). Частота следования импульсов колеблется от 5 до 50 в секунду.

Рис.11.Африканский слоник. Рис 12.Импульсы африканского слоника

2.2. Электрические явления в мире растений

Электрические явления растений изучены на сегодняшний день недостаточно. Электрические импульсы растений - все еще весьма новая область исследований. В ней многое неизвестно, поэтому можно привести лишь одиночные примеры

Способность растений к опылению известно со времен Чарлза Дарвина. Одни цветки привлекают насекомых яркой окраской своих лепестков, другие - своим запахом, третьи имитируют образ привлекательных для спаривания насекомых... И вот новое открытие!

Группа ученых бристольской школы биологических наук (Bristol"s School of Biological Sciences) под руководством профессора Дэниела Роберта (Daniel Robert) обнаружила, что у растений есть своя система электрических сигналов, которая помогает им привлекать опылителей.

Известно, что растения окружены слабым электрическим током и несут отрицательный заряд. Шмели же несут на себе положительный заряд до 220 вольт. Из-за трения в воздухе о частицы взвешенной пыли они теряют часть своих электронов, поэтому, при подлете к цветку, возникает лишь небольшая электрическая сила, которая может передавать определенную информацию.

Ученые поместили в стеблях полусотни петуний электроды и обнаружили, что, когда пчела приземляется на цветок, его заряд на несколько минут становится положительным. Исследователи предполагают, что таким образом растение сообщает другим пчелам, что его нектаром уже полакомились. С другой стороны ученые были удивлены тем, что главным привлекающим фактором для насекомых является вовсе не аромат цветка, а его электрическое поле. Это выяснилось в результате следующего эксперимента.

Шмелей запустили на площадку с искусственными цветами. Одни из них имели положительный заряд и были обработаны сахарозой (аналог нектара). Другие цветки были заземлены и имели горький "нектар".Первоначально шмели садились на цветки с электрическим зарядом и сахарозой. Когда искусственные цветки отключили от электричества, шмели стали садиться на "сладкие" и "горькие" цветки в произвольном порядке. К тому же, вероятно, электрическое поле цветка усиливает для насекомого и привлекательность окраски его лепестков. Ученые собираются доказать, что способностью к электрорецепции обладают не только шмели, но также бабочки и мотыльки.

Первые бесспорные доказательства существования электрических процессов в растительных тканях были получены в середине XIX в. Так называемые токи повреждения обнаружились в различных растительных тканях. Срезы листьев, стебля, клубней всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани.Если разрезать яблоко пополам и вынуть середину, то оба электрода, приложенные к кожуре, не выявят разницы потенциалов. Если же один электрод приложить к кожуре, а другой перенести во внутреннюю часть мякоти, гальванометр отметит появление тока повреждения.

Выяснилось, что в момент гибели некоторых растительных тканей их потенциал резко возрастает. Индийский исследователь Бос соединил внешнюю и внутреннюю части зеленой горошины с гальванометром и затем нагрел ее до температуры 60 °С. При этом был зарегистрирован электрический потенциал 0,5 В!

Были открыты электрические ритмы растений. Если поместить кончик корня молодого бобового растения в воду и измерить разность потенциалов между корнем и наружной средой, то эта величина колеблется с периодом 5 - 20 мин, причем амплитуда колебаний уменьшается по мере удаления от ко нчика корня, а частота сильно зависит от температуры окружающей средыСпособность многих цветов и листьев складываться или раскрываться в зависимости от времени суток также обусловливается электрическими сигналами, представляющими собой потенциал действия. Закрытие листьев можно стимулировать искусственно с помощью электрического раздражения.

Известна реакция многих цветов на механические раздражения - выделение нектара. Оказалось, что при механическом раздражении некоторых частей цветка возникают электрические импульсы, передающиеся по железистым клеткам в проводящие пучки, и, достигая нектарника, стимулируют его деятельность. Реакция нектарника очень быстрая: выделение нектара начинается сразу же после того, как насекомое садится на цветок.

Движения листьев мимозы тоже управляются с помощью электрической системы сигнализации. Бос установил, что если сочленовую подушечку мимозы раздражать короткими импульсами электрического тока, ее реакция (механическое движение) будет не мгновенной, а с запаздыванием на 0,1 с. Такая скорость реакции сравнима со скоростью реакции многих животных. Время складывания листа составляет около 3 с. После непродолжительного покоя лист начинает подниматься. Возвращение листа в исходное состояние занимает около 16 с. Если последовательные раздражения осуществлять слишком часто, наступает утомление - как и при раздражении мышцы животного.

2.3. Эффекты действия токов в теле человека

Тело человека – хороший проводник электрического тока. Сопротивление тела человека при нормальном кожном покрове составляет 3 – 100 кОм. Безопасным является электрический ток, длительное прохождение которого не причиняет организму вреда и не ощущается человеком.

По технике безопасности величина силы тока не должна превышать 50 мкА.

Человек способен ощущать электрический ток от 1 мА. Опасным ток становится - 0,01А(переменный), 0,05А (постоянный ток).При таком воздействии током человек способен разорвать электрическую цепь. Если сила тока выше данных значений, то для человека,это становится смертельно опасной Электропроводность кожи, через которую ток проходит главным образом по каналам потовых и отчасти сальных желез, зависит от трещин и состояния ее поверхностного слоя. Тонкая и особенно влажная кожа, а также кожа с поврежденным наружным слоем эпидермиса хорошо проводит ток. Наоборот, сухая огрубевшая кожа - весьма плохой проводник. Электрический ток, проходя через организм человека, возбуждает живые ткани организма. Степень возникающих изменений зависит от силы тока и его вида (переменный или постоянный).

Классификация токов по степени воздействия на человека

Переменный, мА

Постоянный, мА

1. Предел ощущения (легкое покалывание)

0.6 – 1.2

5 – 8

Допустимый

2. Ощущаемый ток (острая боль, но можно оттолкнуть, отбросить токоведущую часть)

8 – 10

20 – 25

3. Не отпускающий (происходит судорожное сжатие мышц, человека необходимо отрывать от токоведущих частей)

20 – 25

50 – 80

Недопустимый

4. Фибриляционный электрический ток (смертельно опасный: нарушение работы сердца)

50 –100

250

2.3.2.Открытие лейденской банки

Лейденская банка- один из видов электрических конденсаторов,называется иногда банкой Клейста. Его электрическое действие впервые было апробировано на человеке. Лейденская банка была изобретена почти одновременно немецким физиком Клейстом и голландским физиком Мушенбруком в 1745 - 1746 гг. Свое название она получила по имени города Лейдена, где Мушенбрук впервые проделал с ней опыты по изучению электрических явлений.

Рис.13. Лейденская банка Рис.14..Первоначальная форма лейденской банки

Этот конденсатор имеет форму банки(рис.14), т. е. цилиндра с более или менее широким горлом или же просто цилиндра, обыкновенно стеклянного. Банка обклеена листовым оловом снаружи и внутри (наружная и внутренняя обкладки) примерно до 2 / 3 высоты и прикрыта деревянной крышкой, сквозь которую проходит проволока с цепочкой, частью ложащейся на дно банки, тоже оклеенное оловом внутри и снаружи. Такова была банка в первоначальном виде, когда ее устроил (1745) голландский физик Мушенброк и когда впервые испытал удар от разряда банки лейденский гражданин Кунеус.

.

Рис.14 . Голландский физик Питер Мушенброк

Мушенбрук так описывал свое изобретение в письме к французскому ученому Реомюру: «Хочу сообщить Вам новый, но ужасный опыт, который не советую повторять. Я занимался изучением электрической силы. Для этого я подвесил на двух шелковых голубых нитях железный ствол, получающий электричество от стеклянного шара, который быстро вращался вокруг оси и натирался руками. На другом конце висела медная проволока, конец которой был погружен в стеклянный круглый сосуд, заполненный наполовину водой, который я держал в правой руке; левой же рукой я пытался извлекать из электрического ствола искру. Вдруг моя правая рука была поражена ударом с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии.Несмотря на то что сосуд, сделанный из тонкого стекла, не разбивается и кисть руки обычно не смещается при таком потрясении, тем не менее локоть и все тело поражаются столь страшным образом, что я не могу выразить словами, я думал, что пришел конец».

В 1745 г. Эвальд Георг фон Клейст (1700 – 1748) уже 24-й год занимал должность декана (старшего священника) собора в маленьком городке Каммин в Померании. До этого он получил образование в университетах Лейпцига и Лейдена (Голландия), где обучался юриспруденции.

В свободное от служб в соборе время Клейст потихоньку ставил электрические опыты, используя в качестве источника электричества электростатическую машину. Однажды Клейст решил зарядить железный гвоздь. 11 октября 1745 г. он вставил его для изоляции в медицинскую склянку и поднес его к кондуктору работающей электростатической машины; спустя некоторое небольшое время гвоздь должен был зарядиться. Для того чтобы вытащить гвоздь из склянки, Клейст, держа склянку в одной руке, другой взялся за головку гвоздя и получил ощутимый электрический удар. Клейст наполнил склянку вначале спиртом, потом ртутью и повторил опыт. Удары усилились. Они приводили в содрогание всю руку и плечо.

Вскоре лейденская банка была усовершенствована: внешнюю и внутреннюю поверхность стеклянного сосуда стали обклеивать металлической фольгой(рис13). В крышку банки вставляли металлический стержень, который сверху заканчивался металлическим шариком, а нижний конец стержня при помощи металлической цепочки соединялся с внутренней обкладкой.

В июне 1772 года член Королевского общества и английского парламента сэр Джон Уолш приехал во Францию с лейденской банкой и дал местным рыбакам возможность ощутить прелесть ее физиологического воздействия, спрашивая при этом, схоже ли оно с воздействием нарковых скатов. Ответы были единодушно утвердительными. Воздействие ската передавалось через замкнутую цепь людей и прекращалось при малейших разрывах цепи или при включении в нее изоляторов.

За помощью в решении этого сложнейшего вопроса Джон Уолш обращается к самому легендарному физику Великой Британии - сэру Генри Кавендишу, человеку незадолго до этого экспериментально проверившему закон, который позже был назван именем Кулона. Кавендиш изготовил дипольную модель, имитирующую ската. Используя батарею из 49 лейденских банок, соединенных в семь параллельных столбов, удалось вызвать физиологический эффект от модели не только в воздухе, но и в морской воде.

Так в 1773 году Уолш с помощью Кавендиша доказал электрическую природу разрядов электрических рыб. Кавендиш предположил, что электрические органы представляют собой батарею из большого числа маленьких слабозаряженных лейденских банок. Описывая пути протекания токов в проводящей среде, он предложил идею силовых линий и первым изобразил электрическое поле ската. Одним из важнейших последствий изобретения лейденской банки явилось установление влияния электрических разрядов на организм человека, что привело к зарождению электромедицины это было первое сравнительно широкое практическое применена электричества, сыгравшее большую роль в углублении изучении электрических явлений.

Опыт Мушенбрука был преведен в присутствии французского короля аббатом Нолле. Он образовал цепь из 180 гвардейцев взявшихся за руки, причем первый держал банку в руке, а последний прикасался к проволоке, извлекая искру. «Удар почувствовался всеми в один момент; было курьезно видеть разнообразие жестов и слышать мгновенный вскрик десятков людей». От этой цепи солдат и произошел термин «электрическая цепь».

При проведении исследований с банкой было установлено (в 1746 г. англичанином Б. Вильсоном), что количество электричества, собираемое в банке, пропорционально размеру обкладок и обратно пропорционально толщине изоляционного стоя. В 70-х гг. XVIII в. металлические пластины стали разделять не стеклом, а воздушным промежутком - так, появился простейший конденсатор.

В 1746 г. профессор физики Лейпцигского университета Иоганн Генрих Винклер с большим энтузиазмом принялся повторять опыт с лейденской банкой. По окончании опыта он говорил, что у него были сильные конвульсии в теле и дважды кровотечения из носа, чего с ним прежде никогда не бывало. С его женой, тоже попробовавшей на себе действие зарядов лейденской банки, случилось то же самое.

2.3.4.Первые исследования действия тока на тело человека

Как мы видели выше, уже Мушенбрук, описывая изобретение лейденской банки, обратил внимание на сильное и необычное действие электрического разряда на человека.

Первые опыты по действию на тело электрического тока был выполнен племянником - Джованни Альдини. Прославился он тем, что смешал серьёзное исследование с леденящим душу зрелищем. Он практиковал так называемые электрические пляски, проявлявшиеся в форме публичных экспериментов, которые были призваны подчеркнуть эффективность электрического возбуждения для получения спазматических движений мускулов, для демонстрации этого использовались отсеченные головы казненных преступников. Он предложил вниманию широкой публики эксперимент над телом казненного убийцы Джорджа Форстера. . в Лондоне была его самая выдающаяся демонстрация, а именно гальванические экзерсисы с купленным телом повешенного убийцы. Он подсоединял полюса 120-вольтного аккумулятора к телу казненного убийцы Джорджа Форстера, после чего тело пустилось в омерзительный пляс. Когда он подсоединял провода к лицу, оно корчилось в жутких гримасах, левый глаз открывался, как будто хотел посмотреть на своего учителя. Некоторые зрители боялись, что преступник на самом деле оживет, и тогда придется казнить его снова. Газета London Times писала: «Несведущей части публики могло показаться, что несчастный вот-вот оживет».

Рис..15. Опыты Джованни Альдини

Вот как был описан этот опыт Альдини, одним из его современников: «Восстановилось тяжелое конвульсивное дыхание; глаза вновь открылись, губы зашевелились и лицо убийцы, не подчиняясь больше никакому управляющему инстинкту, стало корчить такие странные гримасы, что один из ассистентов лишился от ужаса чувств и на протяжении нескольких дней страдал настоящим умственным расстройством».

Вольта повторил перед Наполеоном опыты по оживлению отрезанных членов с помощью малых количеств электричества. "Я делал их не только над лягушками, но и над угрями и над другими рыбами, над ящерицами, саламандрами, змеями и, что важнее, над мелкими теплокровными животными, именно над мышами и птицами", - писал ученый в 1792 году, в самом начале исследований, приведших в итоге к великому изобретению. Представьте себе разнообразные отрезанные части различных животных, лежащие совершенно недвижно, как и подобает отрезанным членам, из коих вытекла жизненная сила. Малейшее прикосновение Вольтова столба - и плоть оживает, трепещет, сокращается и содрогается. Были ли в истории науки опыты, более потрясающие воображение?

В 1801 году в Париже произошло яркое событие, неоднократно описанное историками науки: в присутствии Наполеона Бонапарта состоялось представление работы "Искусственный электрический орган, имитирующий натуральный электрический орган угря или ската" с демонстрацией модели этого органа. Наполеон щедро наградил автора: в честь ученого была выбита медаль и учреждена премия в 80 000 экю. Все ведущие научные общества того времени, включая Петербургскую академию наук, изъявили желание видеть его в своих рядах, а лучшие университеты Европы были готовы предоставить ему свои кафедры. Позднее он получил титул графа и был назначен членом сената Королевства Италия. Речь идет об Алессандро Вольте и его изобретении - Вольтовом столбе, прообразе всех современных батарей и аккумуляторов. Вскоре этим действием заинтересовались врачи. Возникла мысль о том, что в живом организме существуют электрические токи, которые играют в нем какую-то важную роль. Вместе с этим пришло убеждение о возможности применения электричества для лечения болезней.

С этой целью стали производить опыты по электризации людей, пропусканию через тело человека электрического тока и т. д.

В начале прошлого столетия известный французский ученый профессор Ледюк сделал замечательное открытие. Он установил, что прерывистый постоянный электрический ток умеренной силы, пропускаемый через головной и спинной мозг, не убивает животное, а приводит его в состояние глубокого сна с потерей подвижности и чувствительности. Это состояние было названо ученым электрическим наркозом. Наркотизирующий ток не опасен: если его выключить, животное быстро просыпается и кажется вполне нормальным.

Профессор Ледюк изобрел аппарат, главная деталь которого - особый прерыватель тока, проходящего через тело подопытного животного.

Испытав действие своего аппарата на животных, Ледюк решил испытать его пригодность для наркоза людей. Первый опыт он сделал на себе. Однако полного наркоза осуществить не удалось, так как сердце ученого начало плохо работать уже при силе тока в 4 миллиампера, а по расчету для наркоза требовалось не менее 7 миллиампер. Узнав о действии электронаркоза на сердце, Ледюк отказался от опытов на людях, решив, что аппарат и сама методика еще недостаточно усовершенствованы, и стал производить систематические эксперименты на животных.

Однако опыты на людях производились другими учеными. Замечательнее всего оказалось, что тот же, обычно наркотизирующий, ток в некоторых случаях был способен восстанавливать жизнедеятельность организма.

В 1787 г. английский врач и физик Адаме впервые создал специальную электростатическую машину для лечебных целей. Ею он широко пользовался в своей медицинской практике (рис. 16) и получал положительные результаты, которые можно объяснить и стимулирующим действием тока, и психотерапевтическим эффектом, и специфическим действием разряда на человека.

Эпоха электростатики и магнитостатики, к которой относится все, о чем говорилось выше, завершается разработкой математических основ этих наук, выполненной Пуассоном, Остроградским, Гауссом.

Рис. 16. Сеанс электролечения (со старинной гравюры)

Использование электрических разрядов в медицине и биологии получило ши рокое обсуждение и споры.

Интерес к использованию электричества в медицине возрастал. Руанская академия объявила конкурс на лучшую работу

Вряд ли Луиджи Гальвани, в конце XVIII века открывший «животное» электричество, и Нильс Бор, в начале XX веке предположивший планетарную модель атома, предполагали, что их открытия не только положат начало широкому, нарастающему применению электричества, но и послужат основой научных исследований по разгадке величайшей тайны природы - где начинается жизнь? Где проходит грань между живой и неживой природой?

Электричество вошло в жизнь человека, изменило условия его труда и быта. Многообразны примеры применения электричества в промышленности, на транспорте, в связи, в быту, в медицине и искусстве. Электричество позволило создать новую технологию производства и материалы, не существующие в природе. Электромобиль, идущий на смену автомобилю, будущее индивидуального транспорта. В жизни много примеров, когда электричество спасало жизнь человека.

Огромное достижение в области протезирования. Перспективны работы по созданию искусственного сердца. Человек с сердцем, пересаженным от погибшего при катастрофе, живёт годами, если его сердце и сердце его донора имеют совместимость биопотенциалов.

В процессе жизнедеятельности каждый живой организм- человек, животное или другое существо - создаёт вокруг себя различные поля и излучения. Их сложная картина отражает работу физиологических систем, обеспечивающих гомеостаз организма, т. е постоянство внутренней среды. Изучение биополей и биоизлучений открывает новые диагностические возможности, поэтому подобными исследованиями занимаются ученые всего мира, среди которых ведущую роль играют отечественные ученые и инженеры. Описанные ниже методы визуализации физических полей и излучений позволяют существенно расширить возможности наших органов чувств, заглянуть в самую глубину тела и мозга, понаблюдать физиологическую жизнь в её изменениях. Для медицинской диагностики эти методы обладают особой ценностью, поскольку они являются абсолютно стерильными и неинвазивными. Кроме того, эта основа ранней диагностики, т. к. функциональные нарушения появляются обычно задолго до возникновения необратимой патологии, когда больного ещё можно легко вылечить.

Во взаимодействии с электромагнитными полями возникла и развилась жизнь на Земле. Электричество присуще всему живому, в том числе и наиболее сложной его форме – жизнедеятельности человека.

Очень много сделано учёными в изучении этого удивительного взаимодействия электричества и живого, но многое пока ещё скрывает от нас природа.

Цель статьи: теоретически и экспериментально исследовать возникновение статического электричества в живой природе.

Задачи исследования:

Установить факторы и условия, способствующие возникновению статического электричества.

Установить характер воздействия статического электричества на живые организмы.

Сформулировать направления полезного использования получившихся результатов.

Историческая справка

Откуда пришло к нам это слово – электричество? Историю науки об открывает электрических явлениях можно начать с исследований Гильберта, врача английской королевы Елизаветы, который в 1600 г. опубликовал свой первый научный трактат « О магните, магнитных телах и большом магните – Земле. ». В нём было описано более 600 опытов по изучению магнитных и электрических явлении и сделана первая попытка создания теории электричества и магнетизма.

До 1600 г. учение об электрических явлениях оставалось практически на уровне знаний Фалеса Милетского, который ещё в VI веке до нашей эры одним из первых описал способность натёртого янтаря притягивать к себе лёгкие предметы.

Слово янтарь произошло от латышского gintaras. Греки, собиравшие прозрачный, золотисто-жёлтый янтарь на берегах Балтийского моря, называли его (электро). У древних римлян и арабов для янтаря было много названий: смола веков, слёзы дочерей Солнца, солнечный камень. С древних времён существовало много легенд и преданий о янтаре. Вот одна из них.

Фаэтон-сын бога солнца Гелиоса и океаниды Климены – уговорил своего отца позволить ему проехать по небу в золотой колеснице вместо него самого. Отец уступил настойчивым просьбам сына. Сел Фаэтон в колесницу и помчался по небу. Но крылатые огненные кони сразу почувствовали слабую руку юноши. Они понесли колесницу, пролетели близко от Земли, опалив её огнём. На Земле начался страшный пожар. Разгневанный Зевс-громовержец метнул огненную молнию в несчастного Фаэтона и убил его. Тело упало в воду реки Эридан. Сёстры Фаэтона, прекрасные Гелиады, превратившись в прибрежные тополя, безутешно оплакивали погибшего брата. От горя склонились стройные деревца у гробницы, а девичьи горькие слёзы застыли янтарными гроздьями в студеной воде.

Чем привлекали внимание древних эти тёплые камни удивительной красоты, иногда содержащие внутри диковинных маленьких насекомых? Они обладали одним необычным свойством – могли притягивать пылинки, обрывки нитей, кусочки папируса. Это свойство янтаря, очевидно, определяло в древности его название в языках разных народов: греки называли его электроном - притягивающим к себе, римляне - харпаксом, что означало грабитель, персы - кавубой, т. е. камнем, способным притягивать мякину.

Считалось, что удивительное свойство янтаря было открыто дочерью Фалеса Милетского. Но оно, скорее всего, было известно и раньше. Так, Гумбольт, побывавший в конце прошлого века у индейцев бассейна реки Ориноко, убедился в том, что этим, незатронутым цивилизацией племенам, тоже известны электрические свойства янтаря. Скорее всего, история о янтарном веретене дочери милетского философа - просто красивая древняя сказка.

Янтарь в те далёкие времена считался действительным лекарственными косметическим средством. Полагали, что янтарные ожерелья и чётки защищают от напастей, болезней и «дурного глаза». Наверное, поэтому на картинах старых фламандцев мадонны с младенцами на руках часто изображались с янтарными ожерельями.

В 1551 году вышел трактат Кардана « О точности », в котором он указывает, что янтарь притягивает к себе разные вещества, а магнит – только железо. Через полвека Гильберт в своём трактате « О магните » впервые употребляет слово электрический: « Электрические тела – те, которые притягивают таким же образом, как янтарь ». К ним Гильберт относит серу, стекло, гагат (разновидность каменного угля), ирис, сапфир, карборунд, бристольский алмаз, аметист, горный хрусталь, сланцы, сургуч, каменную соль и др. Оказалось, что таких веществ довольно много. Гильберт называл их электрическими веществами и заметил, что пламя уничтожает электрические свойства тел, приобретённые при трении.

Человек и электричество

С давних времён человек пытался понять явления в природе. Много гениальных гипотез, объясняющих происходящие вокруг человека, появилось в разное время и в разных странах. Мысли греческих и римских учёных и философов, которые жили ещё до нашей эры: Архимеда, Евклида, Лукреция, Аристотеля, Демокрита и других - и сейчас помогают развитию научных исследований.

Интересны в изучении темы « Электричество и человек» первые сведения об электричестве магнетизме. Идут они из старинного торгового города на Средиземном море Милета, автор их – милетский философ Фалес (конец VII – начало VIвв. до н. э.). Ученики Фалеса накапливали по крупицам сведения об электризации, которая в той или иной степени связывалась с живым организмом, с человеком. Так в античные времена были известны электрические свойства некоторых видов рыб и они даже использовались в качестве лечебного средства. За 30 лет до нашей эры Диаскорд электрическими ударами лечил подагру и головную боль. В русских летописях ХIV века имеется описание, из которого видно, что это удивительное исцеляющее средство было известно и русским. Электричество и человек – это вопрос, который интересен человеку нашего времени. Изучая электричество, многие опыты проводятся с участием человека. Например, проводя опыты с электризацией человека, его ставят на изолированную скамейку. Это делают для того, чтобы все заряды оставались в теле и не стекали в землю. Электрические опыты, которые проводятся с участием человека, не всегда влияют на него хорошо. Так, с помощью электростатической машины тело человека можно зарядить до потенциала в десятки тысяч вольт. 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.

Поражение током с тяжёлым исходом возможно при напряжении, начиная приблизительно с 30 В.

Тело человека является проводником электрических зарядов, при соприкосновении происходит перераспределение зарядов, и заряды разных знаков притягиваются (электростатическая индукция). Так происходит, если к заряженной гильзе, подвешенной на шёлковой нити поднести руку, в этом случае гильза притянется к руке.

Ток приводит к изменениям в теле организма. Ток, проходя через тело человека, воздействует на центральную и периферическую нервную систему, вызывая нарушение работы сердца и дыхания.

Гроза-это тоже своеобразное электричество. По некоторым данным считается, что нельзя стоять в толпе во время грозы потому, что пары, выделяющиеся при дыхании людей, увеличивают электропроводность воздуха.

Органы человеческого тела создают вокруг себя магнитное поле. Установлено, что вдоль возбуждаемого нерва примерно за пять десятитысячных секунд до передачи возбуждения образуется магнитное поле. По-видимому, в момент раздражения молекулы, несущие на себе заряд, каким-то образом изменяют своё положение в пространстве, позволяя пройти по нерву волне возбуждения. Именно это перемещение молекул, вероятно, и является причиной возникновения магнитного поля.

Впервые электризацию человеческого тела осуществил в 1740 г. аббат Ноле. Эксперимент заключается в том, что демонстратор поднимается на металлическую подставку толщиной 80 см. и соединённую с электростатическим генератором, который вырабатывает отрицательное относительно земли напряжение 30 кВ.

Электрический контакт демонстратора с площадкой должен быть безукоризненным и для этого он должен снять обувь. В действительности подошва толщиной 1см – не препятствие для зарядов (они могут пробивать шестидесятиметровый слой воздуха!), но при этом их накапливание осуществилось бы весьма неприятным образом: с помощью множества маленьких искорок, проскакивающих от подошвы к ступне.

Приближённый расчёт показывает, что при разности потенциалов в 300кВ относительно Земли накапливаемое на демонстраторе избыточное количество электронов - порядка 10 триллионов – смехотворно мало. Эта цифра может показаться огромной, но на самом деле, если сравнить её с числом электронов, естественным образом присутствующих во всех атомах и молекулах наших тел (порядка 1027), то её ничтожность становится очевидной. Подчеркнём, что значительному накоплению зарядов опять препятствует колоссальная сила их взаимного отталкивания, так что эксперимент, предоставляя взгляду зрителей удивительные эффекты, остаётся совершенно безопасным

Во –первых, волосы встают дыбом. Они показывают распределение электрического поля вблизи головы, т. е направление силовых линий: перпендикулярное проводящей поверхности, как и положено.

Во – вторых, когда наэлектризованный субъект протягивает указательный палец к пламени он подносит металлический прут к другому – заземлённому – пруту, который держит его помощник, то между прутьями проскакивает искра (прут демонстратора заряжен отрицательно, заземлённый прут-положительно).

В-третьих, вокруг головы и пальцев рук в темноте зажигается корона. Что любопытно: положительная корона оказывается гораздо более обширной, чем отрицательная. Это связано с различной подвижностью положительных и отрицательных ионов в воздухе. Последние – в большинстве своём на электроны, а гроздья молекул, налепленных на электрон,- относительно громоздки и довольно малоподвижны.

Электричество и слух

Электричество действует не только на человека в целом, но и на его органы.

Врач Петербургской Максимилиановской больницы Р. Бреннер подробно изучил, на какие органы слуха действует электрический ток. В капитальном труде, вышедшем в 60-х годах ХIХ века, он обобщил результаты собственных исследований и данные других авторов. Цель его труда – разработка терапии заболеваний органов слуха на основе более общих физиологических закономерностей. Результаты исследований возникновения и характера слуховых ощущений показали, что у больных (страдающих глухотой) и здоровых людей они различны при действии постоянного тока разного значения. Особенно отмечена Бреннером зависимость ощущения от размыкания и замыкания электрической цепи, мест расположения электродов, размеров их поверхности. Использовались различные электроды, менялась полярность, их размещение. Основным являлся активный электрод, помещённый наружном слуховом проходе, заполненном однопроцентном раствором поваренной соли. Вторым электродом служила металлическая тонкая пластина значительно большей поверхности, расположенная в опытах Бреннера и последующих исследователей на шее или предплечье. Уже тогда удалось установить возникновение слуховых ощущений у нормально слышащих людей в условиях, когда активным электродом, расположенным в ухе, является катод. Плотность тока катода благодаря малой его поверхности значительно больше, чем у анода. При таком расположении электродов возникает чёткое слуховое ощущение при замыкании

Электрической цепи постоянного тока, при размыкании цепи его нет. Обратное явление имеет место при изменении площади электродов и места их расположения, когда анодам является электрод, находящийся в слуховом проходе, а катодом - электрод с большей поверхностью. Ощущение звука возникает в момент размыкания цепи. Слуховые ощущения разными людьми оцениваются по-разному – как звон, стук, звуковой удар, шипение. Чаще всего они оцениваются как звон.

Большое значение в понимании механизма слуховых ощущений приобрели результаты исследования, при котором использовались токи различных частот, что позволило установить появление музыкального ощущения, которое наблюдалось при применении тока с частотой 1000Гц и в переходных режимах во время разряда конденсатора большой ёмкости. Определение частоты тока, при которой появляются слуховые ощущения, проводилось в сравнении с ощущением звука камертона, настроенного на определённую частоту. Обобщение полученных результатов значительно расширило представление о механизме слухового восприятия. Исследователями слуха установлено, что только тонкие волокна слухового нерва являются структурами, раздражение которых токами различной частоты вызывает слуховые ощущения в виде звука музыкальной тональности, громкости звука, словом, только для них характерно дифференцированное восприятие электрического раздражителя, полностью отсутствующее у людей, страдающих потерей слуха.

Борьба с плохим слухом – это социальная проблема. В возрасте 60 -70 лет примерно четверть населения страдает той или иной степенью тугоухости. Нарушение слуха возникает при поражении (заболевании) звукопроводящего и звуковоспринимающего аппарата. Лечение тугоухости производится обычным терапевтическими средствами; если это не помогает, то применяют слуховые усилительные аппараты.

Электросварка в живых тканях

Институт электросварки им. Е. О Патона (Украина), возглавляемый Борисом Евгеньевичем Патоном,-крупнейший в мире научно-исследовательский центр в области электросварки и электрометаллургии. Открытия и разработки его учённых используются в самых разных сферах техники и производства. А недавно электросварка стала применяться в медицине. Патоновцы не только выдвинули и обосновали теоретически и экспериментально идею соединения живых тканей электрическим током, но и в содружестве с медиками и специалистами в области электротермии реализовали её на практике.

Известно, что уже несколько поколений учёных работали и работают над созданием для хирургии новых высококачественных шовных материалов, сшивающих аппаратов, различных клеев для соединения расчётных тканей. Ведь, к сожалению, далеко не всегда операции заканчиваются успешно: нередко в рану проникает инфекция, возникает воспалительный процесс, надолго, а то и навсегда, остаётся рубец. Применять же хирургии электрический ток давно отказались, так как в зоне его действия живая ткань погибает.

Работающей над проблемой её «электросварки» группе учёных удалось остановить жизнеспособность органов и тканей в зоне воздействия электрического тока. В качестве «сварочного материала» был использован белок, который содержится в клетках и межклеточном пространстве человеческого организма. Когда хирург с помощью специального зажима, включённого в электрическую цепь «сварочного аппарата, соединяет и сжимает края ткани, под воздействием электрического тока определённого напряжения и частоты происходит коагуляция белка в месте рассечения ткани, и она таким образом надёжно «сваривается». Необходимые параметры воздействия на ткань электротоком (напряжение, частота, время действия и др.) установлены экспериментально. Опытным же путём (в экспериментах на лабораторных животных) выяснено, что через 4-6 недель после сварки структура живой ткани полностью восстанавливаются, причём без образования рубцов.

Первая в мировой практике сварка живых тканей человека при удалении у пациента желудка была выполнена в июне 2000 г. Сейчас разрабатываются и осваиваются методика проведения операций с применением электросварки на желчном пузыре, печени, кишечнике и других органах брюшной полости. Ученые, как настоящие сварщики, многократно проверяют (в условиях лабораторных опытов) надёжность соединений различных тканей. Она очень высока: например, сварной шов такого нежного органа, как желчный пузырь, выдерживает давление до 300 мм рт. ст. В результате, когда стали в последние два года проводить операции на людях, было выполнено свыше 500 соединений тканей с применением электросварки, и при этом не наблюдалось ни одного случая послеоперационного осложнения. Так что есть все основания полагать возможность значительного расширения сферы использования электросварки в медицине. Инженеры сварщики уже создали необходимую для этого автоматическую аппаратуру. Основные элементы её сварочного блока – это источник переменного электрического тока высокочастотного диапазона и компьютер, управляющий работой аппарата. Созданы также необходимые для сварки живых тканей комплекты обычного и специального хирургического инструмента.

Электрическое поле

Честь открытия биоэлектричества принадлежит профессору Булонского университета Луиджи Гальвани. Он обнаружил, что электрический ток, пропущенный по нерву препарированной лягушачьей лапки, вызывает её сокращение (этим «прибором» какое-то время пользовался даже известный ученый Георг Ом). Когда Гальвани прикоснулся к телу лягушки двумя проводниками из различных металлов, то по ним пошёл ток. На основании этого опыта Гальвани решил, что живое тело является источником животного электричества. Другой итальянский профессор – Алессандро Вольта – выразил резкое несогласие с этим утверждением. С помощью своих опытов он доказывал, что ток между двумя проводниками возникает, даже если их опустить в смолу или в раствор, схожей с ней по составу, так что животное электричество здесь не причём. И оба были не правы: Гальвани – в толковании своего опыта, а Вольта – в отрицании животного (био-) электричества. Кстати, потомки внесли ещё большую путаницу, назвав химический источник тока, работающий на открытом Вольта явлении, гальваническим, а прибор для измерения разности потенциалов электрического тока (заменивший лягушачью лапку) – вольтметром.

Тем не менее появление вольтметра и возможность устойчивой регистрации животного электричества положило начало методам исследования электрических характеристик органов человеческого организма, в первую очередь – сердца и головного мозга. Первыми наличие электрических явлений в сокращающейся сердечной мышце обнаружили немецкие ученые Р. Келликер и И. Мюллер (1856г.) на препарате лягушки, а Шарпи (1880г.) и Уоллер (1887г.) первыми записали электрокардиограмму человека.

На старинной фотографии – полураздетый пожилой мужчина, который сидит посреди комнаты, опустив ноги в два таза с растворами. Справа и слева на подставках стоят ещё два таза, в которые опущены руки человека. Комната заполнена каким-то громоздкими приборами, соединенными проводами с тазами. На лице мужчины выражение суровой решимости, говорящее о незаурядной силе духа Так происходила регистрация электрокардиограммы в начале нашего столетия, когда этот метод только начинал внедряться в медицинскую практику. В чем же суть самого процесса электрокардиографии?

Каждое мышечное волокно, в том числе и волокно сердечной мышцы, окружено оболочкой – мембраной, которая представляет препятствие для движения ионов веществ, растворённых в биологических жидкостях нашего тела. Одни ионы преодолевают эти препятствия легче, другие – труднее, поэтому концентрация ионов снаружи и внутри волокна неодинакова. Каждый ион – это электрически заряженная частица, следовательно, снаружи и внутри мембраны скапливается разное количество заряженных частиц, возникает разность электрических потенциалов. Во время сокращения мышцы в мышечном волокне и его мембране протекают сложнейшие электрохимические процессы, вследствие чего свойства мембраны резко меняются: проницаемость мгновенно увеличивается, и сквозь мембрану устремляются ионы, которые в покое не могли через нее пройти. Но движение ионов и есть электрический ток!

Измерение с помощью микроэлектродов, приведённых в непосредственной контакт с тканями сердца, показывают, что изменение потенциалов при работе этого органа составляет примерно 100мВ. Благодаря электропроводности окружающих тканей через грудную клетку при каждом ударе сердца проходит электрический ток. Подключив к любым двум точкам на поверхности тела чувствительный прибор, можно проследить изменение разности потенциалов (1-2 мВ). Эти изменения, усиленные и записанные на бумаге, и называются электрокардиограммой (ЭКГ).

Форма ЭКГ зависит и от толщины различных участков сердечной мышцы, и от расположения сердца в грудной клетке, и от того, в каком состоянии находятся различные его отделы. Если электроды помещать всегда в одних и тех же точках тела, можно по форме кривых делать соответствующие выводы. В медицинской практике наибольшее распространение получили 12 стандартных способов расположения электродов (отведений) на теле человека. После обследования пациента врач получает 12 кривых, которые позволяют ему как бы рассмотреть сердце пациента с разных сторон, чтобы точнее поставить диагноз.

Показаны электрокардиограммы здорового человека (а), а также пациентов с различными заболеваниями сердца (б-г). В норме ЭКГ состоит из трёх направленных верх зубцов (P, R, и T) и двух, направленных вниз (Q и S). Отклонения от нормы – изменение интервалов времени общего цикла между всеми или отдельными его фазами, изменение амплитудных значений напряжений зубцов и т. п. свидетельствует о нарушении работы сердца.

Электрокардиограмма снимается с помощью электрокардиографа – прибора, позволяющего измерять напряжения от 0, 01 до 0, 50 мВ с регистрацией результатов (на ленте или на экране осциллографа). Если разделить напряжение, соответствующее зубцу на кривой ЭКГ (0, 3-0,5 мВ), на входное сопротивление электрокардиографа (0,5-2 Мом), то получим силу тока (10 -11-10-12 А). Зная ток и напряжение, можно оценить величину электрической энергии, генерируемой сердцем за некоторый промежуток времени.

Аналогично исследуют деятельность головного мозга. Электроэнцефалография (от греч. мозг) – это графическая суммарная регистрация биопотенциалов отдельных его зон, областей и зон, областей и долей. Однако электрическая активность мозга мала и выражается в миллионах долях вольта, так что её регистрируют лишь при помощи специальных высокочувствительных приборов – электроэнцефалографов.

Первую электроэнцефалограмму (ЭЭГ) снял в 1913 г. русский учёный В. В. Правдин-Неминский. Он с помощью струнного гальванометра зарегистрировал различные типы изменений потенциалов обнаженного головного мозга собаки, а также представил их описание и классификацию. В 1928 г. немецкий психиатр Бергер впервые записал биотоки мозга человека, используя в качестве отводящих электродов иглы, которые вводил в лобную и затылочную области головы. Такой способ отведения биотоков мозга был вскоре заменён прикладыванием к коже головы металлических пластинок (электродов). ЭЭГ отражает как морфологические (относящиеся к строению) особенности мозговых структур, так и динамику их функционирования.

Пациент помещается в отдельное помещение-кабину; на его голове укрепляется множество датчиков-электродов с отходящими от них проводами. Сначала, для выявления морфологических особенностей мозга, снимается ЭЭГ в состоянии покоя, а затем регистрируется динамика его функционирования: в кабине звучат звуковые сигналы различной интенсивности и частоты, мигает свет, пациенту предлагают задержать дыхание и, наоборот, делать глубокие вдохи и выдохи.

ЭЭГ здорового взрослого человека обнаруживает два основных типа ритмов: альфа-ритм (частота 8-13 Гц, амплитуда 25-30 мкВ) и бета-ритм (частота 14-30 Гц, амплитуда 15-20 мкВ). По нарушениям нормы можно определить тяжесть и локализацию поражения (например, выявить область расположения опухоли или кровоизлияния). Интересно отметить, что когда наступает смерть, электрическая активность мозга сначала очень быстро нарастает, а только затем пропадает. Беспорядочные электрические импульсы наблюдаются иногда в течение часа.

Ещё один важный метод исследования связан с интенсивным электрическим полем, которое создаётся вокруг живого организма вследствие накапливания на коже трибоэлектрического заряда. Этот заряд стекает через роговой слой в глубь тела, причём время релаксации в зависимости от сопротивления эпидермиса может изменится в широких приделах: от 15 минут до 10 секунд. Сопротивление же эпидермиса варьирует от 10 11 до 10 9 Ом\см 2 из-за диффузии воды через микрокапилляры в ходе кожного дыхания, являющегося одним из основных механизмов терморегуляции. Таким образом, динамика электрического поля, окружающего тело, отражает терморегуляционные реакции организма. Кроме того, внешнее электрическое поле из-за вибрации заряженной поверхности тела, вызываемой механическим движением внутренних органов, модулируется ритмами сердца, дыхания, перистальтики желудка и кишечника, микротремора (дрожания) мышц и др.

Таким образом, пространственно-временное распределение электрического поля в окружающем любой биологический объект пространстве в реальном времени отражает функционирование его физиологических систем.

Медицина во многом обязана электрическим явлениям. Лечебное действие электрических явлений на человека по существующим в далёкие времена наблюдениям можно рассматривать как своеобразное стимулирующие и психогенное средство.

Рентген

В наше время нельзя, наверное, представить медицину без рентгеновских лучей. Рентген обнаружил принципиально иной источник излучения, названный им Х-лучами. Позже эти лучи получили название рентгеновские. Сообщение Рентгена вызвало сенсацию. Во всех странах множество лабораторий начали воспроизводить установку Рентгена, повторять и развивать его исследования. Особенный интерес это вызвало у врачей. Физические лаборатории, где создавалась аппаратура, используемая Рентгеном для получения Х-лучей, атаковались врачами, их пациентами, подозревавшими, что в их теле находятся проглоченные иголки, металлические пуговицы и т. д. История медицины не знала до этого столь быстрой практической реализации открытий в области электричества, как это случилось с новым диагностическим средством – рентгеновскими лучами.

Новые достижения электротехники соответственно расширили возможности исследования «животного» электричества. Итальянский физик Маттеучи, применив созданный к тому времени гальванометр, доказал, что при жизнедеятельности мышцы возникает электрический потенциал. Разрезав мы- шцу поперёк волокон, он соединил поперечный разрез её с одним из полюсов гальванометра, а продольную поверхность мышцы – с другим полюсом и получил потенциал в пределах 10 – 80 мВ. Значение потенциала обусловлено видом мышц. По утверждению Маттеучи, «биоток течёт» от продольной поверхности к поперечному разрезу и поперечный разрез является электроотрицательным.

Относительно слабое статическое электрическое поле на человека, по – видимому, не влияет никак. Стоит только вспомнить, что мы живём в электрическом поле Земли, которое примерно равно 100 В/м. Во время грозы это поле увеличивается в десятки раз. В сильном электрическом поле воздух может ионизироваться, что, вообще говоря, вредно для здоровья. Возможны также и электрические разряды, которые могут просто убить

Что касается высокочастотных электромагнитных полей, то они весьма опасны, т. к. вызывают локальный перегрев внутренних органов и частей тела. (Например, СВЧ излучение длиной волны порядка 3-10 см. вредно действует на глаза). В результате воздействия СВЧ излучения на организм возможны серьёзные расстройства здоровья, значительно возрастает риск возникновения онкологических заболеваний.

Александр Леонидович Чижевский

Александр Леонидович Чижевский родился 8 февраля 1897 года в местечке Цехановец бывший Гродненской губернии, где тогда стояла артиллерийская бригада, в которой служил его отец- кадровый военный. В год рождения сына Леонид Васильевич Чижевский имел чин капитана (в 1916 году стал генералом). Будучи широко образованным человеком, он интересовался наукой, изобретательством (изобрёл угломер для стрельбы орудий по невидимой цели с закрытых позиций), ракетным оружием. Мать будущего ученого – человек поэтический и музыкальный – умерла от туберкулёза, когда ему не было ещё и года.

Мальчик получил домашнее начальное образование, которое включало естественнонаучные дисциплины и математику, но наибольший его интерес в раннем возрасте вызвали гуманитарные предметы, которые отвечали его внутренним склонностям: он любил музыку, поэзию, живопись. Книги стали источником его увлечения астрономией, которое подкреплялось «еженощными» наблюдениями звёздного неба с помощью приобретенного для них телескопа. Эти наблюдения вызывали у мальчика восхищения и открывали ему «несказанное великолепие надземного мира». Огромное впечатление производили на него наблюдения Луны и особенно кометы Галлея.

Чижевский изучил атмосферное электричество, а именно биологическое действие аэроионов – заряженных молекул воздуха. Гипотеза о влиянии аэроионов на жизнедеятельность организмов требовала экспериментального подтверждения, и Чижевский устраивает лабораторию дома на средства своей семьи (его родные продали часть вещей и помогали ухаживать за подопытным животными). В 1924 году он стал сотрудником калужской Практической лаборатории по зоопсихологии (а вскоре и членом её учёного совета), где провёл множество наблюдений над животными. В 1929 году в одном из французских журналов была помещена его статья, которая была первой тщательно обоснованной работой о лечебном действии аэроионов при заболевании дыхательных путей животных и человека; в ней впервые использовался термин «аэроионотерапия». В том же году Александр Леонидович был избран членом Тулонской Академии наук.

Надо заметить, что ещё в начальную эпоху развития знаний об электричестве было замечено влияние атмосферных зарядов на растения и животных, но наблюдения эти были неоднозначны, бессистемны и в большинстве случаев не имели практической ценности. Только к началу текущего столетия выяснилось, что часть воздуха (особенно его слои, прилегающие к земной поверхности) находится в ионизированном состоянии (ионизация происходит главным образом под влиянием излучений радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре, а также космических лучей).

Ионы воздуха (аэроионы) обладают способностью присоединять к себе несколько нейтральных молекул газа и образовывать устойчивые комплексы из 10-15 молекул, несущие заряд. Такой комплекс частиц называют лёгким ионом. Присоединяя к себе мельчайшие жидкие и твёрдые частицы, взвешенные в воздухе, ионы становятся тяжелыми и обычно малоподвижны. Как лёгкие, так тяжёлые ионы бывают двух полярностей – положительной и отрицательной. Число ионов в воздухе изменяется в зависимости от метеорологических и геофизических условий, времени года или суток и других причин. В деревенском или горном воздухе число лёгких аэроионов обоих знаков в солнечный день доходит до 1000 в1см3 (на некоторых курортах их число поднимается до нескольких тысяч); тяжёлые ионы в чистом воздухе обычно отсутствуют. В воздухе промышленных городов число лёгких ионов падает – иногда до 50-100, а число тяжёлых – возрастает до нескольких тысяч, даже десятков тысяч в 1 см3. Таким образом, электрическое состояние чистого деревенского и загрязнённого городского воздуха очень различно.

Это различие важно для здоровья людей, потому что тяжёлые ионы, или псевдоионы (заряженная пыль, копоть, дым, разные испарения) вредны, а лёгкие ионы, причём отрицательного знака, оказывают благотворное и целебное действие на живые организмы. Ученый, впервые установивший этот факт и подробно изучивший действие аэроионов, - А. Л. Чижевский.

Хотя идея о биологическом действии естественных аэроионов высказывалась многими учёными, но теоретического и экспериментального обоснования она не имела и не нашла практического применения. И только Чижевский показал в своих работах необходимость управления ионизации воздуха в общественных, производственных и жилых помещениях так же, как регулируются его температура и влажность. По мнению самого Чижевского, это произошло потому, что почти все экспериментаторы не придавали значения полярности ионов, а он специально изучил действие на живые организмы положительных и отрицательных аэроионов в отдельности.

Для этих целей он применил источник высокого напряжения с выпрямителем, к которому подключалось металлическое приспособление с остриями, с помощью которых он получал -10 4 аэроионов в 1 см 3, имеющих только имеющих только отрицательный и только положительный заряд. Опыты позволили ему установить, что отрицательные ионы воздуха действуют на организм благотворно, а положительные чаще всего оказывают неблагоприятное влияние (например, подавляют аппетит и рост крыс). В дальнейшем учёный провёл многочисленные серии экспериментов с различными объектами (растениями, домашними животными и т. д), которые подтвердили его вывод.

Он выяснил к тому же, как действует на животных воздух, лишенный аэроионов, поставив такой эксперимент: в герметизированную стеклянную камеру, куда помещались испытуемые животные, воздух подавался через трубку, в которую вкладывался рыхлый ватный тампон (его толщина определялась заранее так, чтобы он поглощал все аэроионы, содержащиеся в воздухе, не изменяя его химического состава); контрольная группа животных находилась в точно такой же камере, с таким же рационом питания и режимом жизни, но воздух поступал к ним через свободную от ватного тампона трубку. Сравнительно через небольшой срок испытуемые животные заболевал, а затем умирали-Чижевский установил, что лишенные ионов воздух опасен для организма.

Чтобы убедится в том, что аэроионы – необходимый для жизни фактор, ученый, пользуясь теми же установками, создавал искусственную ионизацию уже профильтрованного воздуха внутри камеры: за слоем ваты он впаял в трубку тонкое остриё, которое соединялось с отрицательным полюсом источника высокого напряжения: животные в этом случае не заболевали и росли даже лучше, чем контрольные.

В 1931 г. вышло постановление Совета народных Комисаров СССР о научных работах А. Л Чижевского в этой области; его наградили премиями Совнаркома и Наркомзема СССР; одновременно была учреждена Центральная научно-исследовательская лаборатория ионификации с целым рядом филиалов, директором которой он был назначен. В ЦНИЛИ были проведены опыты с тысячами биологических объектов – кроликами, овцами, свиньями, рогатым скотом, птицами, семенами различных растений и самими растениями. Во всех случаях установлено благоприятное воздействие отрицательных аэроионов, стимулирующее рост и развитие организмов.

Через несколько лет эти исследования получили подтверждения в трудах отечественных и зарубежных ученых. Подтвердилась и эффективность использования искусственной ионизации воздуха в медицине для профилактических оздоровительных целей.

Электромагнитные поля и человеческий мозг

Учёные Объединённого института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН исследовали влияние физических полей различной природы (в основном электромагнитных) на поведенческие реакции живых организмов, в том числе людей. Слабые (фоновые) атмосферное электрическое и геомагнитное поля, постоянно действующие на земные существа, изменчивы: они испытывают годовые, суточные и более быстрые колебания. Но их наличие и вариации столь привычны, что, как правило, не замечаются, хотя параметры колебаний природных электрического и магнитного полей неоднозначны и имеют широкий диапазон значений. Например, амплитуда (в данном случае отклонение от среднего значения) напряженности электромагнитного поля особенно велика на частоте от 1 Гц до 20 кГц, причем наблюдаются резонансы (резкие её изменения) на частотах 8-10, 16-17, 20-24 Гц.

Примечательно, что эти частоты близки к частотам основных ритмов человеческого мозга, также инфразвука, который, по мнению многих ученых, воздействует на подсознание человека (этим, в частности, объясняют случаи безотчётного ужаса, охватывающего иногда моряков, так как одним из природных источников инфразвука служит волнение на море). Многочисленными исследованиями установлено, что это совпадение частот играет важную роль: изменения с такой частотой электрических и магнитных полей оказывают неблагоприятное действие на человека.

В последние годы ученые выяснили, каковы должны быть отклонения физических полей от стабильного состояния, чтобы они ощущались так же, как, например, магнитные бури некоторыми людьми. При этом обнаружился удивительный факт: физические характеристики природных «вредных» полей отличаются от «нормальных» почти неуловимо. Однако проявление очень малых изменений сразу нескольких даже слабых полей (электрического) может оказывать заметное влияние, если их действия согласуются с ритмам физиологических процессов.

Чудеса в костном мозге

Еще в начале 50-х годов доктор Маркус Сингер из Кливлендского университета показал, что нервы должны составлять, по крайней мере, одну треть общей массы тканей в спонтанно регенерирующихся конечностях. Транспортируя дополнительный нерв на ампутированную лапу лягушки, он вырастил около 1 см. новой ткани. Но способна ли нервная система обеспечить необходимый электрический сигнал для «запуска» бластемы? В поисках ответа Беккер стал измерять электрические напряжения на «внешней» стороне самих нервных волокон. Согласно традиционным представлениям существует только один механизм передачи электрического сигнала – короткие импульсы, «бегущие» по нервному волокну. Беккер убедился, что здесь присутствует и другой канал – околонервные клетки, по которым непрерывно идёт ток. Это ток, пронизывая плотную сеть периферических нервов, формирует «узоры» поверхностного поля. Как только в результате ранения оно деформируется, околонервная ткань начинает «выдавать» электричество, черпая его в недрах организма; и если «нервная» масса в пораженной области достаточно велика, генерируемые напряжения смогут инициировать регенерацию. В противном случае формируются рубцы.

Срастание костной ткани – один из примеров человеческой способности к спонтанной регенерации, хотя здесь «работают» не только нервы. При сгибе или поломке кости сами электрически поляризуются. Их «хрустальная», кристаллическая структура трансформирует механическое напряжение в электрическую энергию. И вот эта энергия вмешивается в клеточно – восстановительный механизм, помогая, прежде всего образованию бластемы на поврежденной части. К сожалению, иногда что-то случается с этим механизмом, и срастание не происходит. И тогда только электричество может помочь успешному лечению.

Исследования на животных подтвердили эту мысль, начались работы на людях. Пропуская электрический ток прямо через перелом, доктор Карл Бригтон и его коллеги из Пенсильванского университета вылечили несколько тяжёлых пациентов, которым грозила ампутация: в поврежденные конечности попала инфекция. Многие клиники США переняли опыт. Электричество стало предпочтительным средством для лечения труднозаживающих переломов. Появилось несколько методов электротерапии. Однако Бассет предпочитает электрические «витки» - соленоид – электродам, их не надо вживлять. Его процедуры успешны в 85% случаев, и он надеется улучшить результаты до 95 – 98 %.

Биоэнергетика

В 50-х годах Роберт О. Беккер, используя электронную аппаратуру, приступил к изучению «электрической картины ранений». Выяснилось следующие. Как только возникает рана, повреждённые клетки начинают вырабатывать электрический ток. Измеряя напряжение, генерируемое поврежденными частями тела, Беккер открыл ключ к оному из самых странных парадоксов природы, формулируемому так: почему низкоорганизованная саламандра может регенерировать одну треть полной массы тела, а человек едва способен восстановить даже единственный повреждённый орган? Да потому, что только токи в несколько биллионных долей ампера способны вернуть к забытому эволюционному механизму.

Руководствуясь этим соображением, Беккер с помощью имплантированных электродов стимулировал регенерацию ампутированной передней лапы крысы до коленного сустава. Выросшая часть лапы, хотя и не была совершенной, обладала многотканевой организацией, включая новые мускулы, кости, хрящи, и нервы

Более 20 лет Беккер настойчиво работал над неортодоксальной теорией, согласно которой высшие животные, будь то лягушка, крыса или человек, не способны к регенерации естественным путём, поскольку их организмы вырабатывают недостаточное количество электричества для «запуска регенерационного механизма», но если создать клеткам соответствующее «электрическое окружение», то они, подобно клеткам саламандры, могут трансформироваться в новые ткани. Пора традиционной медицине понять, что регенерация способна делать чудеса. Способ применим ко всем тканям: восстановимы мозг, периферические нервные окончания, пальцы, конечности, органы. «Уж если мы смогли выявить механизмы, стимулирующие регенерацию у саламандры, то ничто не мешает нам проделать то же самое и с человеком», - говорит Беккер.

Сейчас в мире проводятся множество операций, и здесь тоже не обошлось без электричества. Пожалуй, каждый человек в той или иной степени подвергался наркозу. К местной и общей анестезии прибегают хирурги при полостных и не полостных операциях. Последствие наркоза, конечно, болезненно, однако во многих случаях операция спасает жизнь. А это главное.

Огромная заслуга в создании биоэлектрического наркоза Центрального научно-исследовательского института «Электроника».

Есть такая наука, как реаниматология она достигла очень много. Пока сохраняется электрическая активность сердца, борьба за жизнь умирающего продолжается, и во многих случаях человека удаётся спасти.

У человека тряслась склонная на бок голова, тряслись руки. Лекарства помогали мало. Усадив больного в кресло, врач наложил на его виски небольшие металлические посеребренные пластинки – электроды, закрепив их обычным пластарым. Через электроды в тело больного прошёл электрический ток. Под воздействием тока уменьшилась тряска головы и рук. А в глазах зажглась надежда на выздоровление.

Электричество в телах животных

На примере лягушки покажем, как можно создать ток в теле лягушки. Гальвани де лал следующий опыт. Соединив две проволоки из различных металлов, он концом одной из них касался лапки свежепрепарированной лягушки, а концом другой – поясничных нервов; при этом мускулы лапки судорожно сокращались. Это можно объяснить тем, что Дао металла и жидкость лапки составляют гальванический элемент. Ток, возникающий при замыкании цепи, раздражает нервные окончания лягушки.

В теле птицы тоже есть электричество. Тело сидящей на проводе птицы представляет собой ответвление цепи, включённое 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 ещё, что разность потенциалов на участке между ногами птицы мала.

Птицы чаще всего гибнут в тех случаях, когда они, сидят на проводе линии электропередачи, касаются столба крылом, хвостом или клювом, то есть соединяются с землёй.

Ещё одно интересное явление. Когда включают ток, птицы слетают с проводов. Это объясняется тем, что при включении высокого напряжения на перьях птиц возникает статический электрический заряд, из-за наличия которого перья птицы расходятся, как кисти бумажного султана, соединённого с электрической машиной. Это действие статического заряда и побуждает птицу слететь с провода.

Некоторые рыбы для самообороны используют ток. Этих рыб называют живыми электростанциями. Самыми известными электрическими рыбами являются электрический угорь, электрический скат и электрический сом. У этих рыб имеются специальные органы для накопления электрической энергии. Небольшое напряжение, возникающие обычных мышечных волокнах, суммируются здесь благодаря последовательному включению множества отдельных элементов, которые нервами, как проводниками, соединены в длинные батареи. Так у электрического угря, обитающего в водах тропической Америки, насчитывается до 8 тысяч пластинок, отдельных одна от другой студенистым веществом. К каждой пластинке подходит нерв, идущий от спинного мозга. С точки зрения физики эти приспособления представляют своего рода систему конденсаторов большой ёмкости. Угорь, накапливая электрическую энергию в этих конденсаторах и по своему усмотрению разряжая её через тело, прикасающееся к нему, производит электрические удары, чрезвычайно чувствительные для человека и смертельные для мелких животных. У крупного, долго не разряжающегося угря напряжение электрического тока в момент удара может достигать 800 В. Обычно же оно несколько меньше.

Среди других электрических рыб особенно выделяется скат Торпедо, который встречается в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах. Размеры торпеды достигают двух метров, а его электрические органы состоят из нескольких сот пластинок. Торпедо способен в течение 10-16 секунд давать до 150 разрядов в секунду, по 80В каждый. Электрические органы крупных Торпедо развивают напряжение до 220В.

У электрического сома, дающего разряды до 360В, электрический орган располагается тонким слоем под кожей по всему туловищу.

Характерная особенность рыб, имеющих электрические органы,- их малая восприимчивость к действию электрического тока. Так, например, электрической угорь без вреда для себя переносит напряжение 220В.

Ещё одна из рыб, которая связанна с электричеством - это морская минога. Она в возбуждённом состоянии излучает короткие электрические импульсы. Каждый такой импульс представляет собой электрический ток, который из одной части тела миноги через воду попадает в другую. Минога воспринимает любые изменения посланного ею импульса. Обычно такое изменение означает, что не далее чем сантиметрах в десяти от головы находится какой-то объект, отличающийся по своей электрической проводимости от воды. Часто этот объект оказывается рыбой, к которой минога тут же присасывается бесчелюстным ртом и начинает «просверливать» отверстие, добираясь до крови.

Откуда рыбы берут электричество?

Клеточные мембраны, способные «сортировать» положительные и отрицательные ионы вне и внутри клетки, являются «организаторами» разницы потенциалов. В зависимости от состояния клетки её мембраны обладают разной электропроводностью. Нет возбуждения, начинается сортировка, возникает разность потенциалов. Возбудилась клетка, повысилась проводимость, ионы с разных сторон мембраны, положительные и отрицательные, устремляются навстречу друг к другу, в результате чего устанавливается нулевой потенциал. Другими словами, клетка постоянно генерирует электрический ток. Биоэлектричество, перенося определённую информацию, тем самым координирует сложнейшие процессы жизнедеятельности.

Некоторые рыбы не имеющие специальных электрических органов, тоже излучают разряды. Но они малы и маломощны.

«Рыбьи» сигналы легко регистрируются. Поскольку электромагнитное, его электрический компонент улавливается электродами, а магнитный – специальными антеннами. Магнитный компонент легко преодолевает экраны, непроницаемые для обычного электрического поля. Поэтому сигналы рыб можно ловить даже в воздухе над аквариумом, используя катушки индуктивности, даже тогда, когда аквариум, где находятся рыбы, окружён сеткой Фарадея.

Рыбы не только генерируют, но и воспринимают электрические сигналы. У них для этого есть специальные органы. Подавая сигналы, рыбы употребляют порой довольно сложную систему кодирования - низкочастотные колебания, импульсы различной частоты, длительности, напряжения. Язык этот только-только начинает расшифровываться.

Было известно, что есть тела, которые являются хорошими проводниками для электрической жидкости, а другие являются диэлектриками. Бенджамин Франклин предположил, что многие примеры, как притяжения, так и отталкивания заряженных тел можно объяснить на основе представлений об избытке или недостатке электрической жидкости. Когда электрод обладает избытком электрической жидкости, его считают положительным и обозначают знаком плюс, и наоборот.

Франклин описал электрические заряды в терминах плюса и минуса, поскольку два тела, которые первоначально были электрически нейтральными, можно сделать заряженными, потерев друг о друга. Заряд на одном теле совершенно отличен от заряда на другом, так как, хотя эти тела притягиваются друг к другу, каждое из них будет отталкивать одноименно заряженное тело. Более ого, эти два тела можно привести в соприкосновение, так что они становятся снова нейтральными, или с нулевым зарядом

Франклин произвольно назвал «отрицательным» зарядом, который появляется на твёрдом каучуке, если его потереть о шерсть или волосы. Соответственно шерсть или волосы заряжаются положительно.

Оценка степени электризации

При трении многих тел о мех наблюдается электризация. Я задалась целью выяснить, чей мех электризуется больше. Предварительно просушила шерсть котёнка и собаки (электризация существенно ослабляется при большой влажности). В ходе опытов приходилось следить за тем, чтобы котёнок – Маркиз не успел вылизать свою шкурку и тем самым нарушить условия эксперимента. Затем натёрла расчёску по очереди о шерсть каждого животного одинаковое количество раз, подносила её к гильзе из фольги, подвешенной на нити, и измеряла угол отклонения от вертикали. (таб.)

Животное Угол отклонения шерсти Шерсть

Котенок Мягкая, бархатистая

Собака Длинная, средней жесткости

На основании результатов эксперимента можно высказать следующую гипотезу: чем жестче шерсть, тем хуже способность электризовать другие тела. Возможно, кошачья шерсть обладает лучшими свойствами электризовать, нежели собачья. Однако для проверки этих утверждений требуется дальнейшее исследование с большим числом опытов. Приятно, что в этой области чемпионом оказался котенок, который по массе, скорости, силе тяги и объему никак не мог превзойти своего соперника.

Хорошо ли когда электролизуется волос?

Для того, чтобы выяснить, как электричество влияет на человека, я провела опыт.

Взяла две расчески деревянную и пластмассовую. Расчесав волосы (сухие) расческами, выяснилось, что после этого волосы притягиваются к расчёски. Но лучше они притягиваются к пластмассовой расческе, а не к деревянной. Это можно объяснить тем, что дерево хуже электризуется. Перед натиранием расчёски о волосы количество положительных и отрицательных зарядов на волосах и расчёске одно и тоже. После натирания расчески о волосы на последних появляется положительный заряд, а на расчёске - отрицательный.

Когда электризуются волосы это не очень удобно и вообще не естественно, поэтому лучше пользоваться деревянными расчёсками, это будет лучше для ваших волос и для вас.

Мы пользуемся им ежедневно. Оно является частью нашей повседневной жизни, а очень часто природа этого явления неизвестна нам. Речь идет об электричестве.

Мало кому известно, что этот термин появился без малого 500 лет назад. Английский физик Уильям Гильберт исследовал электрические явления и заметил, что многие предметы, подобно янтарю, после натирания притягивают к себе более мелкие частицы. Поэтому в честь ископаемой смолы он назвал это явление электричеством (от. лат. Electricus – янтарный). К слову сказать, задолго до Гильберта такие же свойства янтаря заметил древнегреческий философ Фалес и описал их. Но право называться первооткрывателем все же досталось Уильяму Гильберту, потому что в науке есть традиция – кто первый начал изучать, тот и является автором.

Люди которые приручили электричество

Однако дальше описаний и примитивных исследований дело не пошло. Только в XVII–XVIII веках вопрос об электричестве получил существенное освещение в научной литературе. Среди тех, кто после У. Гильберта занимался изучением этого явления, можно назвать Бенджамина Франклина, который известен не только своей политической карьерой, но и исследованиями атмосферного электричества.

Именем французского физика Шарля Кулона названа единица измерения электрического заряда и закон взаимодействия электрических зарядов. Не меньший вклад внесли и Луиджи Гальвани, Алессандро Вольт, Майкл Фарадей и Андре Ампер. Все эти фамилии известны еще со школы. В области электричества проводил свои исследования и наш соотечественник – Василий Петров, который в начале XIX века открыл вольтову дугу.

«Вольтова дуга»

Можно сказать, что, начиная с этого времени, электричество перестает быть происками природных сил и постепенно начинает входить в жизнь людей, хотя и по сей день остаются тайны в этом явлении.

Однозначно можно сказать: если бы электрические явления не существовали в природе, то не исключено, что до сих пор не было бы открыто ничего подобного. В древние времена они пугали неокрепший ум человека, но со временем он попытался приручить электричество. Результаты этих действий таковы, что уже нельзя представить жизнь без него.

Человечество смогло «приручить» электричество

Как проявляется электричество в природе?

Естественно, когда разговор заходит о природном электричестве, то сразу же вспоминаются молнии. Впервые их изучением занялся упомянутый выше американский политик. К слову сказать, в науке бытует версия, что молнии оказали существенное влияние на развитие жизни на Земле, так как биологами установлен факт: для синтеза аминокислот нужно электричество.

Молния — мощный разряд электричества

Всем знакомо ощущение, когда при прикосновении к кому-то или чему-либо возникает электрический разряд, доставляющий небольшие неудобства. Это проявление наличия электрических токов в человеческом организме. Между прочим, нервная система функционирует за счет электрических импульсов, которые поступают от раздраженного участка в мозг.

Внутри нейронов мозга сигналы передаются электрическим путем

Но не только человек генерирует в себе электрические токи. Многие обитатели морей и океанов способны вырабатывать электричество. Например, электрический угорь способен создать напряжение до 500 вольт, а мощность заряда ската достигает 0,5 киловатт. К тому же отдельные виды рыб используют электрическое поле, которое создают вокруг себя, с помощью чего легко ориентируются в мутной воде и на глубине, куда не проникает солнечный свет.

Электрический угорь реки Амазонки

Электричество на службе человека

Все это стало предпосылками для применения электричества в бытовых и промышленных целях человека. Уже с XIX века оно стало входить в постоянное применение и, в первую очередь, для освещения помещений. Благодаря ему, появилась возможность создать оборудование для передачи информации на огромные расстояния при помощи радио, телевидения и телеграфа.

Электричество для передачи информации

Сейчас сложно представить жизнь без электрического тока, ведь все привычные приборы работают исключительно от него. Видимо, это послужило толчком для создания накопителей электрической энергии (батареек) и электрогенераторов для тех мест, куда высоковольтные столбы пока не добрались.

Ко всему прочему, электричество является двигателем науки. Многие приборы, которые используются учеными для изучения окружающего мира, тоже работают от него. Постепенно электроэнергия завоевывает космос. Мощные батареи стоят на космических кораблях, а на планете возводятся солнечные батареи и устанавливаются ветряки, которые получают энергию от природы.

Электричество двигатель науки

И все же это явление до сих пор покрыто тайной и мраком для многих людей. Даже, несмотря на школьное образование, некоторые признаются в том, что не до конца понимают принципы работы электричества. Также есть и те, кто путается в терминах. Они не всегда способны объяснить, в чем разница между напряжением, мощностью и сопротивлением.

С древних пор люди знают, что существуют «электрические» рыбы, например угорь или скат, которые создают разряд, подобный разряду конденсатора. И вот профессор анатомии университета в городе Болонье Луиджи Гальвани (1737—1798) решил выяснить, не обладают ли такой способностью другие животные. В 1780 г. он препарировал мертвую лягушку и вывесил на балкон для просушки лапку этой лягушки на медной проволоке. Ветер раскачивал лапку, и Гальвани заметил, что, прикасаясь к железным перилам, она сокращается, совсем как у живого существа. Из этого Гальвани сделал ошибочный (как потом выяснили) вывод, что мышцы и нервы животных вырабатывают электричество.

Вывод этот был неправилен в случае лягушки. Между тем рыбы, вырабатывающие электричество, причем в немалом количестве, существуют и достаточно распространены. Вот что пишет об этом ученый, специалист в этой области Н. И. Тарасов.

В теплых и тропических морях, в реках Африки и Южной Америки живут несколько десятков видов рыб, способных временами или постоянно испускать электрические разряды разной силы. Своим электрическим током эти рыбы пользуются не только для защиты и нападения, но и для того, чтобы сигнализировать друг другу и обнаруживать заблаговременно препятствия (локации). Электрические органы встречаются только у рыб. Если бы они были у других животных, ученым давно бы это стало известно.

Электрические рыбы существуют на Земле уже миллионы лет. Их останки найдены в очень древних слоях земной коры. На древнегреческих вазах встречаются изображения электрического морского ската - торпедо.

В сочинениях древнегреческих и древнеримских писателей и натуралистов немало упоминаний о чудесной, непонятной силе, которой наделен торпедо. Врачи Древнего Рима держали этих скатов у себя дома в больших аквариумах. Они пытались использовать торпедо для лечения болезней: пациентов заставляли прикасаться к скату, и от ударов электрического тока больные будто бы выздоравливали.

Даже в наше время на побережье Средиземного моря и Атлантическом берегу Пиренейского полуострова пожилые люди бродят иногда по мелководью - надеются излечиться от ревматизма или подагры «целительным» электрическим торпедо.

Электричество у торпедо вырабатывается в особых органах - «электрических батареях». Они находятся между головой и грудными плавниками и состоят из сотен шестигранных столбиков студенистого вещества. Столбики отделены друг от друга плотными перегородочками, к которым подходят нервы. Верхушки и основания столбиков соприкасаются с кожей спины и брюха. Нервы, подходящие к электрическим органам, сильно развиты и имеют внутри «батарей» около полумиллиона окончаний.
За несколько десятков секунд торпедо испускает сотни и тысячи коротких разрядов, идущих потоком от брюха к спине. Напряжение тока у разных видов скатов колеблется от 80 до 300 В при силе тока 7 - 8 А.

В водах наших морей живут некоторые виды колючих скатов - райя, или, как их у нас называют, морские лисицы. Действие электрических органов у этих скатов гораздо слабее, чем у торпедо. Можно предполагать, что слабые, но хорошо развитые электрические органы райя служат им для связи друг с другом и играют роль беспроволочного телеграфа.

Недавно ученые установили, что африканская пресноводная рыбка гимнархус всю жизнь непрерывно испускает слабые, но частые электрические сигналы. Ими гимнархус как бы прощупывает пространство вокруг себя. Он уверенно плавает в мутной воде, среди водорослей и камней, не задевая телом ни за какие препятствия. Такой же способностью наделены и «слаботочные» родственники электрического угря - южноамериканские гимноты и африканская рыбка мормиропс.

В восточной части тихоокеанских тропических вод живет скат дископиге глазчатый. Он занимает как бы промежуточное положение между торпедо и колючими скатами. Питается скат мелкими рачками и легко их добывает, не применяя электрического тока. Его электрические разряды никого не могут убить и, вероятно, служат ему лишь для того, чтобы отгонять от себя хищников.

Электрические органы есть не только у скатов. Тело африканского речного сома - малаптеруруса, обернуто, как шубой, студенистым слоем, в котором образуется электрический ток. На долю электрических органов приходится около четверти веса всего сома. Напряжение разрядов этой рыбы достигает 360 В; оно небезопасно для человека и, конечно, гибельно для рыб.

В Индийском, Тихом и Атлантическом океанах, в Средиземном и Черном морях живут небольшие рыбки, похожие на бычков, - звездочеты. Обычно они лежат на прибрежном дне, подкарауливая проплывающую сверху добычу. Поэтому их глаза, расположенные на верхней стороне головы, смотрят вверх. Отсюда и происходит их название. Некоторые виды звездочетов имеют электрические органы, которые находятся в глазной впадине и служат, вероятно, лишь для сигнализации.

В южноамериканских тропических реках живет электрический угорь. Это серо-синяя змееобразная рыба длиной до 3 м. На долю головы и грудобрюшной части приходится всего 1/5 ее тела, а вдоль 4/5 тела с обеих сторон расположены сложные электрические органы. Они состоят из 6 000 - 7 000 пластинок, отделенных друг от друга тонкой оболочкой и изолированных прокладками из студенистого вещества. Пластинки образуют своего рода батарею, дающую разряд по направлению от хвоста к голове. Ток угря достаточен, чтобы убить в воде рыбу или лягушку. Плохо приходится и людям, купающимся в реке: электрический орган угря дает напряжение в несколько сот вольт. Особенно сильное напряжение тока дает угорь, когда он изгибается дугой так, что жертва находится между его хвостом и головой: получается замкнутое электрическое кольцо.

Электрический разряд угря привлекает других угрей, находящихся поблизости. Этим свойством угрей можно пользоваться и искусственно. Разряжая в воду любой источник электричества, удавалось привлекать целое стадо угрей, надо было только подобрать соответствующее напряжение тока и частоту разрядов.

Подсчитано, что 10 000 угрей могли бы дать энергию для движения электропоезда в течение нескольких минут. Но после этого поезд стоял бы несколько суток, пока угри не восстановили бы свою электрическую энергию

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Электричество

2. История

4. Электричество в природе

1. Электричество

Электричество - совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните -- Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества.

2. История

Одним из первых электричество привлекло внимание греческого философа Фалеса в VII веке до н. э., который обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч.?лекфспн: электрон) приобретает свойства притягивать легкие предметы. Однако долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году появился сам термин электричество («янтарность»), а в 1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. В 1729 годуангличанин Стивен Грей провел опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть. В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создает первый электрический конденсатор -- Лейденская банка.

Первую теорию электричества создает американец Б. Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения над электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний. Изучение электричества переходит в категорию точной науки после открытия в 1785 году Закона Кулона.

Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока -- гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой. В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу.

Майкл Фарадей -- основоположник учения об электромагнитном поле

В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).

Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятиеэлектрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы -- частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», -- утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель -- проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в1873 году.

В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).

В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества -- электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.

В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединенную теорию электрослабых взаимодействий.

Электрический заряд -- это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся, прежде всего, в способности создавать вокруг себя электрическое поле и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела. Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (выбор, какой именно заряд назвать положительным, а какой отрицательным, считается в науке чисто условным, однако этот выбор уже исторически сделан и теперь -- хоть и условно -- за каждым из зарядов закреплен вполне определенный знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные -- притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют, таким образом, место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм) (Эрстед, Фарадей, Максвелл). В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, электрон имеет отрицательный заряд, а протон и позитрон -- положительный.

Наиболее общая фундаментальная наука, имеющая предметом электрические заряды, их взаимодействие и поля, ими порождаемые и действующие на них (то есть практически полностью покрывающая тему электричества, за исключением таких деталей, как электрические свойства конкретных веществ, как тоэлектропроводность (и т. п.) -- это электродинамика. Квантовые свойства электромагнитных полей, заряженных частиц (и т. п.) изучаются наиболее глубококвантовой электродинамикой, хотя часть из них может быть объяснена более простыми квантовыми теориями.

4. Электричество в природе

Ярким проявлением электричества в природе служат молнии, электрическая природа которых была установлена в XVIII веке. Молнии издавна вызывали лесные пожары. По одной из версий, именно молнии привели к первоначальному синтезу аминокислот и появлению жизни на земле (Эксперимент Миллера -- Юри и Теория Опарина -- Холдейна).

Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 -- 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия.

Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Разряды напряжения южно-американского электрического угря могут достигать величины напряжения в 500 вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создает напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде.

5. Образ электричества в культуре

В мифологии существуют боги, способные метать разряды молнии: у греков Зевс, Юпитер, Волгенче из марийского пантеона, Агни -- бог индусов, одна из форм которого -- молния, Перун -- бог-громовержец в древнерусском пантеоне, Тор -- бог грома и бури в германо-скандинавской мифологии.

Одной из первых попыталась осмыслить образ электричества Мэри Шелли в драме «Франкенштейн, или Современный Прометей», где оно предстает силой, с помощью которой можно оживлять трупы. В диснеевском мультфильме Чёрный Плащ существует повелевающий электричеством антигерой Мегавольт, а в японской анимации и играх -- электрические покемоны (самый известный из которых Пикачу).

6. Производство и практическое использование

фарадей электричество природа заряд

Генерирование и передача

Ранние эксперименты эпохи античности, такие, как опыты Фалеса с янтарными палочками, были фактически первыми попытками изучения вопросов, связанных с производством электрической энергии. Этот метод в настоящее время известен как трибоэлектрический эффект, и хотя с его помощью можно притягивать легкие предметы и порождать искры, в сущности он чрезвычайно малоэффективен. Функциональный источник электричества появился только в XVIII веке, когда было изобретено первое устройство для его получения -- вольтов столб. Он и его современный вариант, электрическая батарея, являются химическими источниками электрического тока: в основе их работы лежит взаимодействие веществ в электролите. Батарея дает возможность получить электричество в случае необходимости, является многофункциональным и широко распространенным источником питания, который хорошо подходит для применения в различных условиях и ситуациях, однако ее запас энергии конечен, и после истощения последнего батарея нуждается в замене или перезарядке. Для удовлетворения более существенных потребностей в большем ее объеме электрическая энергия должна непрерывно генерироваться и передаваться по линиям электропередач.

Обычно для ее порождения применяются электромеханические генераторы, приводимые в действие либо за счет сжигания ископаемого топлива, либо с использованием энергии от ядерных реакций, либо посредством силы воздушных или водных течений. Современная паровая турбина, изобретенная Ч. Парсонсом в1884 году, в настоящее время генерирует примерно 80 % всего электричества в мире, используя те или иные источники нагрева. Эти устройства более не напоминают униполярный дисковый генератор Фарадея, созданный им в 1831 году, однако в их основе по-прежнему лежит открытый им принцип электромагнитной индукции -- возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Ближе к концу XIX века был изобретен трансформатор, что позволило более эффективно передавать электроэнергию при более высоком напряжении и меньшей силе тока. В свою очередь, эффективность передачи энергии обусловливала возможность генерировать электричество на централизованных электростанциях с выгодой для последних и затем перенаправлять его на довольно протяженные дистанции к конечным потребителям.

Получение электричества из кинетической энергии ветра набирает популярность во многих странах мира

Поскольку электроэнергию затруднительно хранить в таких количествах, которые были бы достаточны в масштабах государства, необходимо соблюдать баланс: генерировать ровно столько электричества, сколько потребляется пользователями. Для этого энергетическим компаниям необходимо тщательно прогнозировать нагрузку и постоянно координировать производственный процесс со своими электростанциями. Некоторое количество мощностей при этом держится в резерве, чтобы в случае возникновения тех или иных проблем или потерь энергии подстраховывать электросети.

По мере того, как идет модернизация и развивается экономика того или иного государства, спрос на электричество быстро возрастает. В частности, для Соединенных Штатов этот показатель составил 12 % роста в год на протяжении первой трети XX века, а в настоящее время аналогичный прогресс наблюдается у таких интенсивно развивающихся экономик, как Китай и Индия. Исторически рост потребности в электричестве опережает аналогичные показатели для других видов энергоносителей. Следует также заметить, что беспокойство по поводу влияния производств электроэнергии на окружающую среду привело к сосредоточению внимания на генерировании электричества посредством возобновляемых источников -- в особенности за счет энергии ветра и воды.

Применение

Электрическая лампа

Использование электричества обеспечивает довольно удобный способ передачи энергии, и в силу этого оно было адаптировано для существенного и по сей день растущего спектра практических приложений. Одним из первых общедоступных способов применения электричества было освещение; условия для этого оказались созданы после изобретения лампы накаливания в 1870-х годах. Хотя с электрификацией были сопряжены свои риски, замена открытого огня на электрическое освещение в значительной степени сократило количество возгораний в быту и на производстве.

В целом, начиная с XIX века, электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют не только для освещения, но и для передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).

В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения -- аккумуляторы и электрические батареи.

Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка), умерщвления преступников (электрический стул) и создания музыки (электрогитара).

Закон Джоуля-Ленца о тепловом действии электрического тока обусловливает возможности для электрического отопления помещений. Хотя такой способ довольно универсален и обеспечивает определенную степень управляемости, его можно рассматривать как излишне ресурсозатратный -- в силу того, что генерирование используемого в нем электричества уже потребовало производства тепла на электростанции. В некоторых странах, например -- в Дании, были даже приняты законодательные нормы, ограничивающие или полностью запрещающие использование электрических средств отопления в новых домах. В то же время электричество -- это практичный источник энергии для охлаждения, и одной из активно растущих областей спроса на электричество является кондиционирование воздуха.

Список используемой литературы

1. Боргман И.И.- «Электричество»

2. Матвеев А. Н.- «Электричество и магнетизм»

3. Поль Р. В.- «Учение об электричестве»

4. Тамм И. Е.- «Основы теории электричества»

5. Франклин В.- «Опыты и наблюдения над электричеством»

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Электричество - совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Открытие электричества: работы и теории естествоиспытателей Франклина, Гальвани, Вольта, Ампера, Кулона, Эрстеда, Фарадея, Гилберта.

презентация , добавлен 29.01.2014


Природа молнии и методы ее измерения. Возникновение статического электричества при накоплении неподвижных зарядов. Шаровая молния как сферический газовый разряд, возникающий при ударе обычной молнии. Проявление электрических явлений в живой природе.

реферат , добавлен 20.10.2009


Изучение биоэлектрических явлений, открытие электрогенеза. Развитие представлений о природе "животного электричества". Механизмы биоэлектрических явлений. Мембранно-ионная теория Бернштейна. Современные представления о природе биоэлектрических явлений.

реферат , добавлен 20.04.2012


История открытия и исследования электричества. Возникновение и проявление электрического заряда в природе. Движущиеся заряды. Напряжение и электрический ток. Применение электричества, возникающего в результате трения, или статическое электричество.

реферат , добавлен 08.05.2008


Научная деятельность М. Фарадея - основоположника учения об электромагнитном поле. Обнаружение химического действия электрического тока, взаимосвязи между электричеством и магнетизмом, магнетизмом и светом. Открытие явления электромагнитной индукции.

презентация , добавлен 06.04.2010


Этапы развития науки об электричестве. Теории электрических явлений. Физика и живые организмы, их связь. Электричество в различных классах живых организмах. Исследование протекания электричества в земноводных, опыты Гальвани, Александра Вольта.

реферат , добавлен 20.12.2010


Фундаментальные взаимодействия в природе, их сравнительная характеристика: гравитационное, электромагнитное. Электростатика как раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем зарядов. Формулировка закона Кулона.

презентация , добавлен 22.08.2015


Сущность и физическое обоснование явления электростатического электричества, этапы его исследований. Роль Бенджамина Франклина и Кулона в развитии данной сферы знаний. Закон и формула Шарль Огюстен де Кулона, пути ее разработки и доказательство.

презентация , добавлен 29.11.2010


Вихревое электрическое поле. Интегральная форма уравнений Максвелла. Единая теория электрических и магнитных явлений. Понятие о токе смещения. Постулат Максвелла, выражающий закон создания электрических полей действием зарядов в произвольных средах.

презентация , добавлен 24.09.2013


Фундаментальные взаимодействия в природе. Взаимодействие электрических зарядов. Свойства электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда. Формулировка закона Кулона. Векторная форма и физический смысл закона Кулона. Принцип суперпозиции.