Материал: kompendium_po_fizike
111
мембрана
имеет
непосредственный
контакт
с
внешним
раствором
(
рисунок
40).
Наличие
миелиновой
оболочки
позволяет
увеличить
скорость
распространения
возбуждения
примерно
в
25
раз
по
сравнению
с
немиелинизированным
волокном
,
уменьшает
энергозатраты
организма
,
так
как
уменьшается
общее
количество
ионов
,
пересекающих
мембрану
–
ионы
перемещаются
только
в
области
перехватов
Ранвье
.
Рассмотрим
процесс
распространения
возбуждения
по
безмиелиновым
нервным
волокнам
.
При
возбуждении
участка
нервного
волокна
(
рисунок
41)
происходит
деполяризация
данного
участка
.
При
деполяризации
с
наружной
стороны
мембран
возникает
отрицательный
электрический
потенциал
,
а
с
внутренней
стороны
–
положительный
потенциал
.
Между
возбужденным
и
невозбужденным
участками
нервного
волокна
возникнут
локальные
электрические
токи
,
так
у
возбужденного
участка
внутренняя
поверхность
имеет
положительный
заряд
,
а
у
невозбужденного
участка
–
отрицательный
электрический
заряд
и
между
ними
возникает
разность
потенциалов
.
По
поверхности
нервного
волокна
локальный
электрический
ток
течет
от
невозбужденного
участка
к
возбужденному
,
внутри
волокна
электрический
ток
течет
в
обратном
направлении
–
от
возбужденного
участка
к
невозбужденному
.
Эти
локальные
токи
являются
раздражителями
для
невозбужденных
участков
,
непосредственно
примыкающих
к
возбужденному
участку
.
В
них
также
возникает
возбуждение
(
потенциал
действия
).
В
то
же
время
локальные
токи
приводят
к
тому
,
что
возбужденные
участки
приходят
в
состояние
покоя
–
в
них
ПД
сменяется
ПП
.
Возбужденные
участки
,
в
свою
очередь
,
предают
сигнал
дальше
,
и
процесс
распространяется
вдоль
аксона
. (
Существует
Рисунок
41.
Распространение
потенциала
действия
по
волокну
112
внешняя
аналогия
между
распространением
нервного
импульса
и
распространением
огня
по
бикфордову
шнуру
).
В
миелинизированном
волокне
распространение
импульса
возбуждение
происходит
за
счет
локальных
токов
,
которые
вынуждены
циркулировать
между
соседними
перехватами
Ранвье
(
рисунок
42).
Передача
возбуждения
происходит
быстрее
,
чем
в
немиелинизированном
волокне
.
Рисунок
42.
Распространение
потенциала
действия
по
миелинизированному
волокну
Калиевые
и
натриевые
каналы
открываются
только
в
перехватах
Ранвье
,
так
как
миелин
является
хорошим
изолятором
,
таким
образом
,
импульс
«
перескакивает
»
с
одного
перехвата
на
другой
–
такое
поведение
называется
сальтаторным
.
Миелинизация
аксона
позволяет
достигать
высокой
скорости
передачи
импульса
при
очень
малом
диаметре
волокна
.
Это
дало
позвоночным
важное
эволюционное
преимущество
,
и
во
многом
обусловило
их
дальнейшее
развитие
.
113
ВНЕШНИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ПОЛЯ
ТКАНЕЙ
И
ОРГАНОВ
1.
Электрическое
поле
и
его
характеристики
Электрическое
поле
–
это
разновидность
материи
,
посредством
которой
осуществляется
силовое
воздействие
на
электрические
заряды
,
находящиеся
в
данном
поле
.
Силовой
характеристикой
электрического
поля
является
напряженность
(
E
),
равная
отношению
силы
,
действующей
в
данной
точке
поля
на
точечный
заряд
,
к
величине
этого
заряда
.
q
F
E
Напряженность
–
вектор
,
направление
которого
совпадает
с
направлением
силы
,
действующей
в
данной
точке
поля
на
положительный
точечный
заряд
.
Напряженность
электрического
поля
,
созданная
точечным
зарядом
q
на
расстоянии
r
от
него
,
равна
:
2
0
4
r
q
E
Электрическое
поле
изображается
графически
силовыми
линиями
,
касательные
к
которым
совпадают
с
направлением
напряженности
поля
в
соответствующих
точках
.
Силовые
линии
направлены
от
положительных
зарядов
к
отрицательным
.
Линии
проводят
с
такой
густотой
,
чтобы
число
линий
,
проходящих
через
единичную
площадку
,
перпендикулярную
им
,
было
пропорционально
значению
напряженности
электрического
поля
в
месте
расположения
площадки
.
Электрическое
поле
называют
однородным
,
если
напряженность
во
всех
точках
пространства
одинакова
по
величине
и
направлению
(
рисунок
43):
const.
E
114
Рисунок
43.
Однородное
и
неоднородное
электрические
поля
При
перемещении
заряда
из
одной
точки
поля
в
другую
силы
поля
совершают
работу
,
которая
не
зависит
от
формы
пути
.
Отношение
работы
к
заряду
не
зависит
от
заряда
и
является
энергетической
характеристикой
поля
,
относящейся
к
двум
конкретным
точкам
.
Эта
характеристика
называется
разностью
потенциалов
:
q
A
U
2
1
2
,
1
Потенциал
точки
электрического
поля
численно
равен
работе
,
совершаемой
силами
поля
,
по
перемещению
единичного
положительного
заряда
из
данной
точки
в
бесконечно
удаленную
точку
пространства
.
q
A
Потенциал
поля
точечного
заряда
в
точке
,
удаленной
на
расстояние
r
,
можно
найти
по
формуле
:
r
q
0
4
Работа
,
совершаемая
электрическим
полем
по
перемещению
заряда
из
одной
точки
в
другую
:
qU
q
A
)
(
2
1
Как
видно
,
работа
не
зависит
от
траектории
,
по
которой
перемещается
заряд
.
Если
заряд
перемещается
по
замкнутой
траектории
,
работа
равна
нулю
.
Для
электрических
полей
применим
принцип
суперпозиции
:
n
E
E
E
E
...
2
1
n
...
2
1
115
2.
Электрический
диполь
.
Поле
диполя
.
Диполь
в
электрическом
поле
Система
,
состоящая
из
двух
равных
,
но
противоположных
по
знаку
,
точечных
электрических
зарядов
,
расположенных
на
расстоянии
l
друг
от
друга
,
называется
электрическим
диполем
.
Основной
характеристикой
диполя
является
электрический
(
дипольный
)
момент
p
,
равный
произведению
заряда
q
на
плечо
диполя
l
.
Дипольный
момент
–
это
вектор
,
который
направлен
от
отрицательного
заряда
к
положительному
(
рисунок
44):
l
q
p
Рисунок
44.
Электрический
диполь
Поместим
диполь
во
внешнее
однородное
электрическое
поле
напряженностью
E
(
см
.
рисунок
45).
На
положительный
заряд
будет
действовать
сила
qE
F
,
направленная
по
полю
,
а
на
отрицательный
заряд
–
сила
qE
F
направленная
против
поля
.
Силы
равны
по
модулю
и
образуют
момент
пары
сил
:
E
p
M
Или
в
скалярной
форме
:
sin
sin
qEl
pE
M
Рисунок
45.
Диполь
в
однородном
электрическом
поле
Рисунок
46.
Диполь
в
неоднородном
электрическом
поле
Рассмотрим
диполь
в
неоднородном
электрическом
поле
(
рисунок
46).
На
диполь
будут
действовать
силы
qE
F
и
qE
F