Реферат на тему емкость

Обновлено: 02.07.2024

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	презентация
Язык	русский
Дата добавления	19.09.2017
Размер файла	2,4 M

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

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Понятие электрической емкости системы из двух проводников. Конструкции конденсаторов: бумажных, слюдяных, керамических, электролитических, переменной емкости с воздушным или твердым диэлектриком. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов.

презентация [728,9 K], добавлен 27.10.2015

Задачи на применение первого закона Кирхгофа. Параллельное соединение элементов. Второй закон Кирхгофа, его применение. Последовательное соединение конденсаторов, их эквивалентная емкость. Обратная емкость конденсаторов, соединенных последовательно.

реферат [85,5 K], добавлен 15.01.2012

Рассмотрение устройства и назначения конденсаторов; их свойства в цепях переменного и постоянного тока. Условия достижения удельной емкости, максимальной плотности энергии и номинального напряжения. Классификация конденсаторов по виду диэлектрика.

презентация [2,4 M], добавлен 08.09.2013

Конденсаторы для электроустановок переменного тока промышленной частоты. Конденсаторы повышенной частоты. Конденсаторы для емкостной связи, отбора мощности и измерения напряжения. Выбор элементов защиты конденсаторов и конденсаторных установок.

реферат [179,4 K], добавлен 16.09.2008

Понятие электрической цепи и электрического тока. Что такое электропроводность и сопротивление, определение единицы электрического заряда. Основные элементы цепи, параллельное и последовательное соединения. Приборы для измерения силы тока и напряжения.

презентация [4,6 M], добавлен 22.03.2011

Система из двух и более электродов, разделенных диэлектриком. Сохранение электрического заряда. Обозначение конденсаторов на схемах. Номинальное напряжение и полярность. Паразитные параметры, электрическое сопротивление изоляции и удельная емкость.

презентация [1,2 M], добавлен 17.06.2012

Определение потенциала электростатического поля и напряжения (разности потенциалов). Определение взаимодействия между двумя электрическими зарядами в соответствии с законом Кулона. Электрические конденсаторы и их емкость. Параметры электрического тока.

Тот факт, что электрическое поле заряда имеет силу, которая может отталкивать или притягивать электроны, означает, что заряд может индуктировать (наводить) излишек или недостаток электронов в любом материале, помещенном в электрическом поле. Например, электроны диэлектрика в поле между зарядами, показанными на рис. 1, сдвигаются вниз. Верхняя часть диэлектрика заряжается положительно из-за недостатка электронов по сравнению с нижней частью, где их избыток. Образуется индуктированный заряд вследствие электрической индукции, которая соответствует электромагнитной индукции магнитного поля.

Работа содержит 1 файл

реферат конденсаторы.doc

Электрическая емкость. Конденсатор

Рис. 1. Влияние электрического поля на диэлектрик

Смещение электронных орбит в диэлектрике аналогично смещению молекулярных магнитиков в магнитном материале под действием магнитного поля. Структура диэлектрика деформируется электрическим полем.

Всякое тело можно зарядить только до определенного потенциала. При повышении потенциала сверх предельного будет происходить разряд. Различные тела вмещают различное количество электричества, другими словами, обладают неодинаковой электрической емкостью.

Способность тела накапливать электрические заряды с одновременным повышением потенциала до определенного уровня называется электрической емкостью или просто емкостью.

Для получения необходимых емкостей электротехнике применяют электрические конденсаторы. Принцип их действия основан на использовании явления электростатической индукции

Простейший конденсатор образуют две металлические пластины, изолированные одна от другой (рис. 2, а).

Рис. 2. Конденсатор:

а-схематическое устройство простейшего конденсатора; б - условное обозначение конденсатора

Чаще всего пластины конденсатора называют обкладками, а изолирующий слой – диэлектриком. Обкладки обычно изготовляют из алюминия, латуни, станиоля. В качестве диэлектрика используют слюду, воздух, бумагу, масло, парафин.

Количество электричества в конденсаторе можно сравнить с количеством жидкости в сосуде. Последнее зависит от объема сосуда и от уровня, до которого жидкость налита: чем больше объем и чем выше уровень, тем больше жидкости. Точно так же, чем больше емкость конденсатора и чем выше потенциал, до которого он заряжен, тем большее количество электричества в нем запасено:

где Q —заряд, запасенный в конденсаторе;

С — емкость конденсатора, т. е. величина, показывающая, какой заряд может быть накоплен при данном напряжении;

U—приложенное напряжение.

Единицей емкости является фарада. Емкость конденсатора равна 1 фараде, если заряд в 1 кулон повышает его потенциал на 1 вольт.

При большем напряжении заряда электрическое поле сильнее, поэтому в конденсаторе накапливается больше электричества, т. е. величина заряда Q, запасаемого в конденсаторе, пропорциональна приложенному напряжению U.

Так как емкость в одну фараду очень велика, то обычно используются меньшие единицы: микрофарада — миллионная часть фарады (сокращенно обозначается мкф); пикофарада (микромикрофарада) — миллионная часть микрофарады (сокращенно обозначается пф).

Типичные величины практических емкостей — от сотен микрофарад до нескольких пикофарад.

Емкость конденсатора зависит:

- от размеров проводящих обкладок (чем они больше, тем больше емкость);

- от расстояния между обкладками или толщины диэлектрика (чем тоньше диэлектрик, тем больше емкость);

- от вещества диэлектрика (электрической проницаемости).

Площадь пластин

Если площадь каждой пластины увеличить в два раза, то во столько же возрастает заряд конденсатора при одной и той же разности потенциалов. При больших пластинах увеличивается площадь соприкосновения с ними диэлектрика, следовательно, через него проходит больше силовых линий электрического поля, а значит, поле может создать больший заряд. Таким образом, емкость конденсатора (накапливаемый им заряд) увеличивается прямо пропорционально размерам его пластин.

Толщина диэлектрика

Если расстояние между пластинами уменьшить в два раза, во столько же увеличится заряд конденсатора при одной и той же разности потенциалов. Это объясняется тем, что, чем меньше расстояние между пластинами, тем больше взаимное влияние между зарядами, что позволяет сосредоточить на пластинах большее количество электричества, т. е. увеличить емкость конденсатора.

Электрическая проницаемость

Электрическая проницаемость (в литературе встречается диэлектрическая проницаемость, что одно и то же) характеризует способность диэлектрика концентрировать электрическое поле. Она показывает, во сколько раз увеличится емкость конденсатора, если воздушный диэлектрик заменить другим. Численно величина электрической проницаемости определяется отношением электрического поля в диэлектрике к электрическому полю в воздухе или вакууме. Электрическая проницаемость воздуха или вакуума, равная единице, берется за исходную. Слюда, например, имеет среднюю электрическую проницаемость, равную 6; это означает, что при использовании слюды поток электрического поля в 6 раз больше, чем при использовании воздуха.

В любом диэлектрике под действием напряжения на обкладках конденсатора происходит поляризация, т. е. смещение электронных орбит атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины. Вследствие этого заряд частично нейтрализуется. При одном и том же напряжении число заря и на обкладках увеличивается, а это равносильно увеличению емкости.

Электрическая проницаемость обозначается буквой ε (эпсилон).

Ниже приводится электрическая проницаемость некоторых диэлектриков:

Воздух или вакуум 1

Величина электрической проницаемости зависит от температуры, давления и влажности. Меньше всего изменяется ε слюды, поэтому слюду применяют в качестве диэлектрика для изготовления точных конденсаторов.

Диэлектрическая прочность

Диэлектрическая прочность выражает способность диэлектрика выдерживать определенную разность потенциалов без пробоя конденсатора. Каждый конденсатор рассчитан на определенное напряжение, которое называется рабочим (номинальным). При превышении рабочего напряжения может произойти пробой диэлектрика, обкладки конденсатора замкнутся накоротко и конденсатор выйдет из строя.

Физический смысл явления пробоя диэлектрика заключается в том, что силы электрического поля, действующие на электроны, не только смещают их, но и вырывают из атома, после чего диэлектрик становится проводящим электрический ток. Та напряженность поля, которую диэлектрик выдерживает до пробоя, служит мерой его диэлектрической прочности. Например, для пробоя воздушного зазора в 1см нужно приложить к нему напряжение около 30 кв, для пробоя пластинки слюды толщиной 1см требуется напряжение 1500 кв.

Условное обозначение конденсатора приведено на рис. 2,б.

Типы конденсаторов

В зависимости от вида диэлектрика конденсаторы делятся на воздушные, с твердым диэлектриком и с жидким диэлектриком. Кроме того, конденсаторы бывают постоянной и переменной емкости.

На рис. 3 изображен конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком. Он состоит из нескольких неподвижных металлических пластин (статора), электрически соединенных между собой, и нескольких подвижных пластин (ротора), укрепленных на оси. При повороте ручки подвижные пластины входят между неподвижными или выходят из них. При этом меняется площадь перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.

Рис. 3. Конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком

На рис. 4 изображены керамические, слюдяные, бумажные и металлобумажные конденсаторы постоянной емкости.

В керамических конденсаторах (рис. 4, а) диэлектриком служит керамика с высокой электрической проницаемостью. С каждой стороны диэлектрика имеется по одному слою серебра. Эти два слоя являются обкладками конденсатора. Емкость этих конденсаторов от нескольких единиц до тысяч пикофарад.

Слюдяные конденсаторы (рис. 4, б) имеют емкость от единиц до десятков тысяч пикофарад, бумажные (рис. 4, в) — от 0,01 до 10 мкф, металлобумажные (рис. 4, г) прямоугольной формы —0,1—30 мкф, а цилиндрической — 0,025—1 мкф. Размеры металлобумажных конденсаторов значительно меньше, чем бумажных, при одинаковых основных характеристиках.

Часто причиной нарушения нормальной работы приемника -бывает пробой конденсаторов постоянной емкости. При использовании же металлобумажных конденсаторов пробой не страшен, так как емкость пробитого конденсатора быстро самовосстанавливается, объясняется это следующим. В качестве диэлектрика в металлобумажных конденсаторах применяют бумагу, покрытую слоем ацетилцеллюлозного лака, а в качестве обкладок — очень тонкие слои металла, нанесенные на одну сторону бумаги

Рис. 4. Конденсаторы постоянной емкости: а — керамические; б - слюдяные; в — бумажные; г — металлобумажные

Емкость конденсатора после пробоя мало уменьшается, так как площадь оплавления очень мала. Металлобумажный конденсатор может выдержать несколько сотен и даже тысяч пробоев.

На рис. 5 изображены конденсаторы с жидким диэлектриком — так называемые электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух алюминиевых пластин, помещаемых в химический раствор или пасту. Роль диэлектрика играет тонкая оксидная пленка, нанесенная на одну из пластин. Поскольку пленка очень тонкая, емкость конденсатора получается очень большой (до нескольких тысяч микрофарад) при сравнительно небольших его размерах. Пластина с пленкой служит одной обкладкой конденсатора. Другой его обкладкой фактически является электролит, а чистая алюминиевая пластина предназначена для получения контакта с электролитом.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Емкости, резервуары, емкостное оборудование

Предлагаем резервуары (емкости) для хранения воды, нефтепродуктов и ГСМ стальные вертикальные емкости, горизонтальные одно- и двустенные резервуары, односекционные и многосекционные емкости, а также емкостное оборудование по индивидуальному заказу с различными вариантами комплектации и материального исполнения.

Имеющиеся производственные возможности позволяют изготавливать следующее емкостное оборудование: горизонтальные и вертикальные резервуары и емкости.

Емкости вертикальные

Резервуары вертикальные (емкости вертикальные) объемом от 100 м3 до 5000 м3 из углеродистой и нержавеющей стали используются для хранения нефтепродуктов и воды, изготавливаются объемом от 100 м3 до 5000 м3.

Емкости-резервуары стальные вертикальные

По желанию заказчика вертикальные резервуары и емкости комплектуются:

системой подогрева в резервуаре;

вспомогательным оборудованием (трубопроводной арматурой, компенсаторами и т.п.).

Резервуары объемом от 10 000 м3 и выше изготавливаются по индивидуальным проектам методами рулонирования или полистовой сборки.

Таблица типоразмеров вертикальных стальных резервуаров. Типоразмеры вертикальные емкостей.

номинальный объем резервуара,
куб.м

основные параметры, м, резервуаров

резервуары со стационарной крышей

резервуары с плавающей крышей

Общий вид емкости для воды , V=100м?

Общий вид емкости V=100м?

Емкостное оборудование: горизонтальные и вертикальные резервуары

Резервуары горизонтальные

Емкости из углеродистой и нержавеющей стали объемом от 10 м3 до 100 м3 используются для хранения нефтепродуктов и воды. Возможно изготовление одностенные и двустенных емкостей, одно-, двух-, трехсекционных. Для северных регионов горизонтальные резервуары изготавливаются из стали 09Г2С.

Емкости-резервуары стальные горизонтальные

Типоразмеры резервуаров горизонтальных

Толщина стенки, мм

Масса, ориентир., кг

По желанию заказчика емкости и резервуары комплектуются дыхательными, предохранительными клапанами, хлопушками, люками замерными, световыми, лазами, приборами контроля уровня и др. оборудованием.

Емкости подземные дренажные

Подземные дренажные емкости изготавливаются двух типов: без подогревателя (ЕП) и с подогревателем (ЕПП). Емкости предназначены для слива остатков светлых и темных нефтепродуктов (емкости для нефтепродуктов), нефти, масел, конденсата, в том числе в смеси с водой из технологических сетей (трубопроводов) и аппаратов во всех отраслях промышленности, при содержании Н2S в газовой фазе не более 1,8% объемных.

Емкости дренажные, подземные емкости

Типоразмеры резервуара ЕП/ЕПП

По желанию заказчика, резервуары и емкости для нефтепродуктов комплектуем опорами, ложементами, сливными и заливными патрубками, технологическими колодцами, площадками обслуживания. При необходимости резервуар может быть покрыт антикоррозионным покрытием.

Резервуары (емкости) для хранения и выдачи сжиженного углеводородного газа (пропан-бутан) объемом от 5 до 100 куб.м.

Емкости цилиндрические горизонтальные предназначены для наземного и подземного хранения сжиженных углеводородных газов пропана и бутана при температуре металла стенок от -60°С до +50°С. Такие резервуары устанавливаются на предприятиях нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других смежных отраслях промышленности, а также газонаполнительных базах и станциях.

Емкости-резервуары для хранения пропан-бутана

Также имеем возможность укомплектовать резервуары, емкости ложементами, предохранительным и отсечным клапанами, уровнемером, дренажной линией, запорной арматурой, насосом перекачивания FD-150 с обвязкой, обводной и байпасной линиями, байпасным и обратным клапанами, электромагнитными виброзащищенными манометрами, предохранительными клапанами трубопроводов жидкой и паровой фазы и выходом на две ТРК, линией слива-налива АЦ и аварийного опорожнения резервуара, сбросной свечой с присоединительными трубопроводами, рамой насосного блока, щитом автоматики.

Мы можем Вам предложить большой диапазон емкостного оборудования - емкостей и резервуаров:

стальные цилиндрические горизонтальные емкости (горизонтальные резервуары);

Конденсаторы являются незаменимым элементом любой электронной схемы, от самой простой до самой сложной. Трудно представить себе какую-либо электронную схему, в которой не используются конденсаторы. За два с половиной столетия своего существования они значительно изменили свой облик. Некоторые конденсаторы стоят не более рубля, но их производство составляет миллиарды долларов в мировом масштабе.

Конструкция конденсатора

В настоящее время существует множество типов и разновидностей конденсаторов. Но по своей сути все они повторяют самый простой конденсатор, который состоит из двух металлических пластин, изолированных друг от друга.

Пластины обычно называют оболочками, а изоляционный слой - диэлектриком.

Миниатюризация является основным направлением в совершенствовании конструкции конденсаторов, так как от нее зависит дальнейшая миниатюризация интегральных схем. Основная классификация конденсаторов основана на типе диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: Сопротивление изоляции, стабильность емкости, уровень потерь и др.

Конденсаторы делятся на различные типы:

В зависимости от типа диэлектрической проницаемости:

Вакуумные конденсаторы (крышки без диэлектрика находятся в вакууме).
Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
Конденсаторы с жидким диэлектриком.
Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком: стекло (стеклянная эмаль, стеклокерамика, стеклянная пленка), слюда, керамика, тонкая неорганическая пленка.
Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком: бумажный, бумажно-металлический, пленочный, комбинированный - бумажно-пленочный, тонкопленочный из органических синтетических пленок.
Электролитические и оксидные полупроводниковые конденсаторы. Эти конденсаторы отличаются от всех других типов, главным образом, своей высокой удельной мощностью. В качестве диэлектрика используется оксидная пленка на металлическом аноде. Вторым покрытием (катодом) является либо электролит (для электролитических конденсаторов), либо полупроводниковый слой (для оксидных полупроводниковых конденсаторов), который осаждается непосредственно на оксидный слой. В зависимости от типа конденсатора анод состоит из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.
Твердотельные конденсаторы - Вместо традиционного жидкого электролита используется специальный проводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при 85°C. ЭПС ниже, чем у жидкого электролита и слабо зависит от температуры. Они не лопаются.

Кроме того, конденсаторы отличаются своей способностью изменять емкость:

Постоянные конденсаторы - базовый класс конденсаторов, которые не изменяют свою емкость (кроме как в течение срока службы).

Конденсаторы переменные - конденсаторы, емкость которых может изменяться во время работы оборудования. Емкость может управляться механически, электрическим напряжением (вариконы, варикапы) и температурой (тепловые конденсаторы). Они используются, например, в радиоприемниках для настройки частоты колебательных цепей.
Подстроечные конденсаторы - конденсаторы, емкость которых изменяется во время однократной или периодической балансировки и не изменяется во время работы устройства. Они используются для балансировки и выравнивания исходного емкостного сопротивления непрерывных цепей, для периодической балансировки цепей, требующих лишь небольшого изменения емкости.

В зависимости от назначения конденсаторы можно разделить на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически во всех типах и классах оборудования. Традиционно к ним относятся наиболее распространенные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования.

Все остальные конденсаторы являются специальными конденсаторами. К ним относятся конденсаторы высокого напряжения, импульсные конденсаторы, помехоподавляющие конденсаторы, дозирующие конденсаторы, включающие конденсаторы и другие конденсаторы.

Конденсаторы также классифицируются по форме обмоток: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Емкость мембраны

Постоянная времени

Емкость мембраны

Мембрана клетки не только проводит ионные токи, но и накапливает заряд на своей внешней или внутренней поверхности. С точки зрения теории электричества, разделение зарядов на мембране означает, что мембрана обладает свойствами конденсатора. В общем виде конденсатор состоит из двух проводящих пластин, отделенных друг от друга изолирующим материалом; в промышленных конденсаторах проводящие пластины обычно сделаны из металлической фольги, а изолирующая прослойка между ними — из пластика. В случае нервной клетки проводниками являются два слоя жидкости, находящиеся по обе стороны мембраны, а сама мембрана играет роль изолирующей прослойки. При зарядке конденсатора от батареи на одной из пластинок накапливается положительный заряд, в то время как на второй пластинке создается равный по величине запас отрицательного заряда. Емкость конденсатора (С) определяется количеством заряда (Q), запасаемым на один вольт потенциала (V), приложенного к пластинам конденсатора: С = Q/V. С измеряется в кулонах, деленных на вольт, т. е. в фарадах (Ф). Чем ближе друг к другу расположены пластины, тем более эффективно конденсатор способен разделять и накапливать заряд. Поскольку толщина мембраны клетки всего 5 нм, она способна накапливать достаточно большой заряд. Обычно емкость мембраны нервных клеток составляет 1 мкФ/см 2 . Преобразовав выражение, получаем Q = CV. При потенциале покоя —80 мВ, количество избыточного отрицательного заряда на внутренней стороне мембраны составит (1 · 10 –6 ) х (80 ·10 –3 ) = 8· 10 –8 кулонов, деленных на см 2 , что соответствует 5 · 10 11 одновалентных ионов (0,8 пмоль) на квадратный сантиметр мембраны.
Величину тока, протекающего внутрь конденсатора или из него, можно подсчитать на основе соотношения заряда и напряжения, учитывая, что ток (i, в амперах) есть скорость изменения заряда во времени, т.е. 1 ампер = (1 кулон)/(1 с). Поскольку Q = C/V, получим:

Скорость изменения заряда на конденсаторе прямо пропорциональна величине тока. Если ток постоянен, то потенциал будет меняться с постоянной скоростью dV/dt = i/C.
Соотношение тока и напряжения в цепи, содержащей резисторы (сопротивления) и конденсаторы (емкости), соединенные параллельно. Прямоугольный скачок тока величиной i, приложенный к резистору (R), создает скачок напряжения на резисторе величиной V = iR. Если тот же скачок тока приложить к конденсатору (С), то напряжение на конденсаторе будет накапливаться со скоростью dV/dt = i/C. Когда эти два элемента, резистор и конденсатор, соединены параллельно, то весь ток пойдет сначала на зарядку конденсатора со скоростью i/С; однако, как только на конденсаторе накопится какой-то заряд, ток потечет и через резистор. По мере нарастания тока, все большая его часть будет проходить через сопротивление, потому что скорость зарядки конденсатора будет постепенно снижаться. В конце концов весь ток будет течь через резистор, создавая на нем потенциал V = iR, a конденсатор будет полностью заряжен. По завершении скачка тока заряд из конденсатора постепенно рассеется на резисторе, а напряжение вернется к нулю. Из экспериментов на аксоне кальмара можно заключить, что гипотеза, высказанная Бернштейном в 1902 г., была близка к истине: трансмембранный градиент калия является важным, хотя и не единственным фактором, влияющим на мембранный потенциал. Чем можно объяснить отклонение экспериментальной кривой от уравнения Нернста? Оказывается, для этого достаточно снять ограничение с модели, состоящее в том, что мембрана непроницаема для ионов натрия. Мембрана реальной клетки действительно обладает натриевой проницаемостью, которая составляет от 1 до 10 % калиевой.
Для рассмотрения роли натриевой проницаемости обратимся к модели идеальной клетки и временно исключим из поля зрения перемещение ионов хлора. Мембранный потенциал равен калиевому равновесному потенциалу, поэтому перемещение суммарного заряда через мембрану отсутствует, клетка находится в покое. Если теперь ввести в модель натриевую проницаемость, то натрий будет стремиться войти в клетку благодаря как своему концентрационному градиенту, так и мембранному потенциалу. По мере входа натрия на внутренней поверхности мембраны накапливается положительный заряд и мембрана деполяризуется. В результате ионы калия выходят из равновесия и начинают покидать клетку. С увеличением деполяризации мембраны движущая сила для входа натрия снижается, в то время как движущая сила для выхода калия возрастает. Процесс продолжается до тех пор, пока оба ионных потока не уравновесят друг друга. В этот момент изменение мембранного потенциала прекращается, поскольку какое-либо накопление заряда отсутствует. Вообще говоря, значение мембранного потенциала расположено между калиевым и натриевым равновесными потенциалами и определяется равновесием между калиевым и натриевым токами, равными по величине и направленными в противоположные стороны.
Ионы хлора также участвуют в этом процессе, однако, как мы убедились ранее, равновесный потенциал для хлора подстраивается под новое значение мембранного потенциала за счет изменения внутриклеточной концентрации этого иона. По мере того как токи катионов постепенно приходят в равновесие, внутриклеточный уровень хлора возрастает до тех пор, пока суммарный хлорный ток не станет равным нулю.

Рис. 1. Распространение потенциала вдоль аксона омара, регистрируемое с помощью поверхностного электрода.

Постоянная времени

Нарастание и спад потенциала происходит по экспоненциальной кривой, как показано на рис. 1В. Фаза роста описывается уравнением:

где t — время от начала импульса. Постоянная времени равна произведению RC. Это время, за которое потенциал возрастаетдо 63 % (1 - 1/e) своего максимального значения. Спад напряжения тоже экспоненциален, с той же постоянной времени. Ток через резистор, i_R, должен изменяться во времени по тому же закону, что и напряжение. Следовательно, на фазе роста ток начинает расти от нуля до своего максимального значения i. Емкостной ток, наоборот, начинается с величины i и спадает до нуля по экспоненте с той же постоянной времени. По завершении импульса, поскольку внешнего источника тока нет, единственным током на резисторе будет ток, генерируемый напряжением на конденсаторе. Следовательно, ток на резисторе равен по величине емкостному току и противоположен ему по направлению, как показано на рисунке.
Вышеописанную цепь, состоящую из параллельно соединенных резистора и конденсатора, можно использовать для описания сферической нервной клетки, аксон и дендриты которой настолько малы, что их вкладом в электрические свойства клеток можно пренебречь. В эквивалентной цепочке для аксона или мышечного волокна как емкость мембраны, так и ее сопротивление распределены по всей длине волокна, как показано на рис. 7.2D. Емкость мембраны на единицу длины с_т (измеряемая в мкФ/см) зависит от удельной емкости на единицу площади С_m (в мкФ/см 2 ) по формуле с_m = 2С_т, где — радиус волокна.
Постоянная времени мембраны сферической клетки или волокна не зависит от размера клетки или волокна. Причина этого в том, что увеличение радиуса (а следовательно, и площади поверхности мембраны) влечет за собой не только увеличение емкости, но и соответствующее снижение сопротивления, так что произведение двух величин не меняется. Поскольку показано, что величина С_т приблизительно одинакова для всех нервных и мышечных волокон (1 мкФ/см 2 ), то величина τ является удобным параметром, характеризующим удельное сопротивление мембраны для данной клетки. Постоянная времени — это третий параметр, который, наряду с входным сопротивлением и постоянной длины, характеризует поведение аксона. Диапазон значений постоянной времени в различных типах нервных и мышечных клеток составляет от 1 до 20 мс.

Емкость в кабеле

Каково влияние постоянной времени на ток в кабеле? Как и в случае простой RC-цепочки (рис. 1С), нарастание и спад потенциала в ответ на скачкообразное изменение тока замедляется благодаря наличию конденсатора. Ситуация осложняется тем, что ток течет уже не через один конденсатор, но каждый сегмент цепочки является одним из резистивно-емкостных элементов, взаимодействующих между собой. Благодаря этим взаимодействиям временной ход в отдельном сегменте нельзя описать простой экспонентой, и фазы роста и спада замедляются по мере удаления от точки инъекции тока (рис. 2). Поскольку скорость нарастания потенциала зависит от расстояния между отводящим электродом и местом инъекции тока, постоянную времени спада уже нельзя рассчитать на основе простого измерения времени 63 %-ного роста потенциала, за исключением единственной точки вдоль волокна, в которой это расстояние равно постоянной длины.
Обратимся к рассмотрению движения ионов. Если в аксон инъецирован положительный ток, внутриклеточные ионы (главным образом, калия) будут распространяться вдоль волокна. Некоторая часть ионов уйдет на изменение заряда на емкости мембраны, другая часть будет протекать по мембранному сопротивлению. Одновременно с этим процессом будет происходить перемещение отрицательных ионов в противоположном направлении. Постепенно потенциал на мембране достигнет нового устойчивого значения, емкости, распределенные по мембране, будут полностью заряжены до нового уровня потенциала, а через мембрану будет протекать постоянный ионный ток. Время, необходимое для достижения нового устойчивого состояния, определяется постоянной времени.

Рис. 2. Мембранный ток во время прохождения потенциала действия.
.

Сенситизация и S интернейроны

Литература
1. Пенроуз Р. НОВЫЙ УМ КОРОЛЯ. О компьютерах, мышлении и законах физики.
2. Грегори Р. Л. Разумный глаз.
3. Леках В. А. Ключ к пониманию физиологии.
4. Гамов Г., Ичас М. Мистер Томпкинс внутри самого себя: Приключения в новой биологии.

Читайте также: