1 / 47

ELEKTŘINA, MAGNETISMUS, EKUSTIKA

ELEKTŘINA, MAGNETISMUS, EKUSTIKA. Teze přednášky. Elektrické vlastnosti látek. vodiče 1. druhu (kovy atd.) 2. druhu (roztoky) polovodiče 1. vlastní 2. nevlastní nevodiče izolanty. Vodivost roztoků. je závislá na: koncentraci iontů teplotě

ownah
Download Presentation

ELEKTŘINA, MAGNETISMUS, EKUSTIKA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ELEKTŘINA, MAGNETISMUS,EKUSTIKA Teze přednášky

  2. Elektrické vlastnosti látek • vodiče 1. druhu (kovy atd.) 2. druhu (roztoky) • polovodiče 1. vlastní 2. nevlastní • nevodiče izolanty

  3. Vodivost roztoků • je závislá na: • koncentraci iontů • teplotě • pohyblivosti iontů - velikost iontu - náboj - druh iontu

  4. Elektrochemie • Faradayovy zákony elektrolýzy M M m = ------- Q = --------- I t z F z F z násobek elementárního náboje iontu (mocenství) M molekulová hmotnost Q velikost náboje I proud t čas F Faradayova konstanta • Hmotnosti různých prvků vyloučených týmž nábojem jsou chemicky ekvivalentní.

  5. Galvanický článek • přebytek elektronů vede k vylučování kovu na elektrodě • nedostatek elektronů vede k rozpouštění kovu do roztoku • elektrická práce W = Q . E • pro 1 mol W = z . F . E • chemická práce Wmax = - ΔG Q náboj G Gibbsova energie E potenciál

  6. Rovnovážný potenciál ER R T ai(e) ER = E(e) – E(i) = ------- ln ---------- zi F ai(i) R T ln ai = zi F E chemická práce = elektrické práci

  7. MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL • velikost membránového potenciálu závisí na poměru koncentrací iontů na obou stranách membrány • je-li membrána permeabilní pro daný iont, pak elektrochemický potenciál i-tého iontu: μi = μio + R T ln ai + zi F E μio potenciál daného iontu za standardních podmínek F - Faradayova konstantaT - absolutní teplota R - univerzální plynová konstanta z - mocentství E - membránový potenciál a aktivita a = γ c γ aktivitní koeficient c → 0 γ → 1

  8. Potenciometrie • elektrody pro měření pH a) vodíková – platina potažená platinovou černí a sycená vodíkem R T H+ E(i) = E0 + ------- ln ---------- z F pH pH parciální tlak vodíku b) skleněná elektroda c) chinhydrinová elektroda pro pH <8,5

  9. Potenciometrie 2. elektrody pro stanovení oxidačně-redukčního potenciálu (platinová) R T aox E = E0 + ------- ln ---------- zi F ared 3. iontově selektivní elektrod 4. Referentní elektrody mají standardní potenciál a nesmí být polarizovatelné

  10. Elektrické jevy na buněčné membráně • Orientovaná dvojvrsta lipidů (fosfolipidy, glykolipidy, cholesterol) a integrovaných proteinů • Hydrofilní skupiny vně, hydrofobní dovnitř, což vyhovuje termodynamické rovnováze • Periferní proteiny určují vlastnosti membrán • Vodivost je závislá na fyziologické aktivitě • Permitivita (dielektrické vlastnosi) je stálá εr~ 10

  11. TYPY TRANSPORTU

  12. Mechanismy transportu • Difuze nespecifická (prostá) • Difuze selektivní (usnadněná) – specifické nosiče, iontové kanály Difuze je závislá na: 1. velikosti elektrochemického gradientu 2. permeabiltě membrány pro daný iont • Pinocytoza – strukturální změny

  13. TRANSPORT – DLE POČTU PŘENÁŠENÝCH ČÁSTIC

  14. SYMPORT po gradientu • glukoza + sodík • proximální tubulus ledvin = reabsorpce • enterocyty = resorpce ze střeva

  15. MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL • rozdíl elektrického potenciálu mezi 2 stranami buněčné membrány • - z fyzikálního hlediska = elektrické napětí na polarizované semipermeabilní membráně- vzniká jako důsledek působení elektrochemického gradientu malých iontů a protonů:semipermeabilní buněčnou membránou ionty či molekuly procházejí volně jen výjimečně, jedná se o molekuly: - rozpustné v tucích (PCB, glycerol, nekonjugovaný bilirubin) - slabě polarizované (voda, močovina, oxid uhličitý) • velké a nabité částice procházejí jen speciálními kanály či za využití specifických přenašečů

  16. Gibbsova-Donnanova rovnice membránové rovnováhy • Pro i(tý) ion intracelulárně (i) a extracelulárně (e)za rovnováhy dojde k vyrovnání elektrochemických potenciálů: μio(i) + R T ln ai(i) + zi F E(i) = = μio(e) + R T ln ai(e) + zi F E(e)

  17. ELEKTRONEUTRALITApermeabilních iontů [K+]e[Cl-]i --------- = --------- [K+]i[Cl-]e [K+]e . [Cl-]e = [K+]i . [Cl-]i

  18. ROVNOVÁŽNÝ POTENCIÁL • - bereme-li v úvahu jen 1 iont, pak pro rovnovážný stav platí NERNSTOVA ROVNICE upravená pro výpočty: R T ce E = 2,303 ----------- log ------- z F ci • E - membránový potenciálR – molární (univerzální) plynová konstantaF - Faradayova konstantaT - absolutní teplotaz - mocentství (K+ = 1) ci - intracelulární koncentracece - extracelulární koncentrace

  19. Svalová buňka savců(koncentrace z následující tabulky) • ER(K+) = - 0,0975 V • ER(Na+) = + 0,0667 V • - znamená, že strana membrány uvnitř buňky je zápornější • + opak

  20. Na rovnováze se podílí všechny ionty

  21. Goldmanova rovnice membránového potenciálu: R T pK+[K+](e) + pNa+[Na+](e) + pCl-[Cl-](e) Em= ------- ln ----------------------------------------------------------- z F pK+[K+](i) + pNa+[Na+](i) + pCl-[Cl-](i) lze tak vypočítat klidové i akční potenciály

  22. Klidový membránový potenciál různých buněk [mV] • erytrocyt -10 • hladký sval -40 až -60 • příčně pruhovaný sval -70 až -80 • nervová buňka -70 až -90 • srdeční sval -100 • nádorové buňky -10 až -40 Čím vyšší je absolutní hodnota klidového membránového potenciálu buňky - tím je buňka dráždivější!

  23. Sodnodraselná pumpa • aktivní transport (kotransport – antiport) za dodání energie z ATP • Enzym - Na+K+ATPasa integrovaná do buněčné membrány • komplex Na-Enzym po dodání energie ~ P vede ke změně konfigurace, což má za následek změnu vazebného místa. Tím se uvolní Na+ a naváže se K+ . • Následující hydrolýzou se celý komplex rozloží.

  24. Sodnodraselná pumpa 1. intracelulární strana membrány Na+(i) + ENZ + ATP → Na+-ENZ~P + ADP 2. extracelulární strana membrány Na+-ENZ~P + K+(e) → Na+(e) + K+-ENZ-P 3. intracelulární strana – hydrolýza komplexu K+-ENZ-P → K+(i) + ENZ + P

  25. Vápníková pumpa • Ca2+ATPasa zabudovaná do membrány sarkoplazmatického retikula udržuje v okolí svalových vláken nízkou koncentraci Ca2+

  26. Úkoly aktivního transportu • extrakce živin z extracelulárního prostředí a jejich zakoncentrování intracelulárně • regulace a udržování metabolicky ustáleného stavu (vyrovnání fluktuací okolí) • vysoká intracelulární koncentrace elektrolytů nutná pro proteosyntézu na ribosomech • regulace objemu a stabilita pH buňky • gradient Na+ a K+ u klidového membránového potenciálu nutný pro následné vedení vzruchů.

  27. Přenos potenciálu vodičem • závislost na vzdálenosti x Ex = Eo . e-x / λ x vzdálenost λ přenosová konstanta Eo potenciál v místě 0 Ex potenciál v místě x

  28. MAGNETISMUS Kolem vodiče, kterým protéká elektrický proud se vytváří magnetické pole, které působí silově na každý náboj pohybující se vůči tomuto poli (vodiči).

  29. Každý elektron vytváří magnetické pole svým pohybem vůči jádru atomu. • Magnetický moment obalu: 1. spinový 2. dipólový ∑μe = ∑ (l . μB)e l orbitalové kvantové číslo elektronu μB Bohrův magneton

  30. Látky • diamagnetické – kompenzovaný mag. moment obalu ∑μe = 0 Působením D. L. magnetické momenty působí proti směru siločar původního pole • paramagnetické - kompenzovaný mag. moment obalu ∑μe = 0 Působením P. L. magnetické momenty působí po směru siločar původního pole • feromagnetické – nekompenzovaný mag. momenent elektron. obalu. Trvalé magnety.

  31. Magnetické pole je definováno: • Intenzita H [ A m-1 ] • Magnetická indukce B [ T ] • Magnetický indukční tok Φ[ Wb ] • Elektromagnetické vlnění představuje šíření proměnného elektromagnetického pole prostorem, které je provázeno transportem energie.

  32. Působení elektromagnetických polí • polarizace • elektroforéza • elektromagnetická indukce • živý org. obsahuje dipóly, ionty a elektricky vodivé dráhy – interakce zasahují všechny úrovně od atomů až po celý organizmus • U velmi nízkých intenzit nemusí být zevně patrný biologický efekt.

  33. Polarizace tkáně • Ve tkáních jsou náboje často vázány na makromolekuly, které mají omezenou pohyblivost. Makromolekuly se chovají jako různě orientovanéelektrické dipólyjejichž dipólové momenty se vzájemně ruší. • Působením zevního elektrického pole se dipóly orientují podle elektrického pole - dochází k jejich polarizaci.Vzniká vnitřní elektrické pole opačné polarity, a tím dochází ke snížení intenzity zevního elektromagnetického pole. Natáčením polárních molekul vzniká posuvný proud. Mírou schopnosti látky vytvářet posuvný proud je permitivita e.

  34. ZÁKLADNÍ INTERAKCE • geomagnetické pole Země indukce 10-5 T • jeho změny 10-9 T • magnetické pole svalů indukce 10-11 T • mozku 10-12 – 10-13 T • na základní interakci je organizmus adaptován • vnímavost vůči porušení geomagnetického pole Země nebo vůči bouřím na Slunci • využití geomagnetického pole – tah ptáků

  35. Nukleární magnetická rezonance • Selektivní absorpce energie vysokofrekvenčního magnetického pole atomovými jádry prvků lichých protonových čísel umístěných v stálém homogenním magnetickém poli.

  36. Nukleární magnetická rezonance • magnetický moment jádra μ μ = γ . S γ gyromagnetický moment S moment hybnosti • prvky lichých protonový čísel μ = ± 1/2 .

  37. Nukleární magnetická rezonance • precesní pohyb • gyromagnetický moment • Larmorova frekvence precese • transverzální relaxace • longitudinální relaxace • relaxační doby jsou charakteristické pro jednotlivé protony atomů – chemické složení

  38. Magnetická rezonanční tomografie • MRI, neinvazivní vrcholová zobrazovací technika • rozlišovací schopnost 0,2 – 0,4 mm • tomo – zobrazovat na řezu • stálé pole 2 – 4 T, otevřené 0,35 T • vysokofrekvenční cívky vytváří pulzní pole i přijímají rezonanční signály

  39. AKUSTIKA

  40. ZVUK • mechanické vlnění • šíření v tekutinách podélně v pevných látkách podélně i příčně ve vakuu se nešíří

  41. Vnímání zvuku • závislost na frekvenci • člověk 16 – 20 000 Hz • infrazvuk • ultrazvuk

  42. Intenzita zvuku • energie působící na jednotkovou plochu orientovanou kolmo na směr šíření vlny za jednotku času [ W m-2] Lidské ucho při frekvenci 1 kHz vnímá prahovou intenzitu I0 = 10-12 W m-2

  43. Hladina intenzity zvuku I L = log -------- [ B ] I0 I L = 10 log -------- [ dB ] I0 Práh bolesti 130 dB nezávisí na frekvenci

  44. Jednotky hlasitosti • Změna počitku je přímo úměrná změně podnětu • frekvenční závislost ! • referenční tón 1 kHz • fon [Ph] číselně se kryje s dB • son číselně se kryje s 40 dB

  45. Ultrazvuk • nad 20 kHz • generátory • magnetostrikční • piezoelektrický

  46. Ultrazvuk - účinky • mechanické • fyzikálně – chemické disperzní x koagulační • tepelné – asi 30 % energie se přemění na teplo • zdroj volných radikálů • biologické – změny na membránách, analgetické a spasmolytické

  47. Využití ultrazvuku • myčky skla • příprava suspenzí • defektoskopie • sonografie • terapeutické • litotripsie

More Related