Tirik organizmga elektr tokining ta’siri. Biopotensiallar va ularning hosil

Tirik organizmga elektr tokining ta’siri. Biopotensiallar va ularning hosil
bo’lish mexanizmi
Veterinariya klinikasida elektr toki yordamida tirik organizmga dori
moddalarni kiritish usuli Elektrofarrez keng qo’llanilmoqda. Bunda hayvonga
kiritilayotgan dorilar ta’siri o’zgarmas tok ta’siri bilan birga bo’ladi. Bunda
elektrod bilan teri orasiga dori eritmasida ho’llangan mato qo’yiladi. Tok o’tishi
paytida matodagi dori ionlari teri orqali organizmga o’tadi. Shu vaqtning o’zida
teridan matoga hujayralardan K
+
, Na
+
,Cl
-
va boshqa ionlar o’tadi.
Tirik organizm turli qismlari orasida mavjud bo’lgan potensialar farqi
biopatensiallar deyiladi. Biopatensiallar hayvon va o’simliklarning hujayralarida,
to’qimalarida va organizmlarida paydo bo’ladi. Ularning ba’zilari doimiy mavjud,
ayrimlari tashqi ta’sirlar tufayli paydo bo’ladi.
Elektr impulslari nerv, muskul to’qimalarning faoliyati vaqtida paydo
bo’ladi va tirik organizmlarda kechadigan fiziologik va patalogik jarayonlarni aks
ettirishi mumkin. Bioelektrik hodisalarni o’rganish 1771 yilda L.Galvani
tajribalaridan boshlandi.1838 yilda Matteuchi muskulning tashqi sirti musbat, ichki
sirti manfiy zaryadga ega ekanligini aniqladi. Tinch holatdagi muskulning tashqi
va ichki sirtlari orasidagi potensialari esa muskulning qisqarishi, bezlar sekresiyasi,
hujayralarning ta’sirlanishi paytida hosil bo’ladi.
1875 yilda rus fiziologi V.E.Danilevskiy birinchi bo’lib bosh miyaning
biopotensialarni aniqladi. Biopotensialarning hosil bo’lishi ancha murakkab masala
bo’lib, hozirgacha uning to’liq nazariyasi yo’q. Hozirgi vaqtda 1952 yil Xodjiken,
Xaksli, Kachilar nazariyasi ko’p qo’llaniladi.
Elektr hodisalar
( Elektr maydon va uning asosiy xarakteristikalari)
Bu bobda tabiatdagi to‘rtta fundamental ta’sirlardan biri elektromagnitizmni
ko‘rib chiqamiz. Og‘irlik kuchidan boshlab hamma kuchlar elektrolik kuchlardan
kichikdir. Cho‘zilish, siljish va boshqa kuchlar tabiati elektromagnit kuchlardan
iboratdir. Elektr va magnit kuchlar ham kimyoviy kuchlar ham elektromagnit
xarakterga ega. Yorug‘lik va boshqa nurlanishlar ham elektromagnit xarakterga
ega. Optikadagi nur ham elektromagnit kuchlar filialidir. Elektromagnit
hodisalarning asosiy qonunlari 19 asrning 50 yillarida ochildi. Bu ishlarning
kulminatsiyasi maksvell tenglamalaridir. Bu tenglama bizning hayotda juda katta
ahamiyatga egadir. Og‘irlik kuchidan tashqari yana ikkita fundamental kuchlardan
tashqari Yadro kuchlari ham bor, lekin uni biz kundalik hayotda sezmaymiz. Bu va
keyingi boblarda elektr hodisalar va materiyaning elektr xossalari haqida so‘z
yuritamiz.
1. Elektr zaryadi va uning saqlanish qonuni. Elektr bilan birinchi tanishuv
chaqmoq hodisasidan boshlanadi. Greklar sun’iy statistik elektr maydonini ochdi.
Ishqalanish natijasida elektrlanish, qalin gilamda yurgandan so‘ng metallga
tegkanda iskra chiqishi. Faqat 20 asrda biz buning asosini atom tarkibidagi proton
va elektronlar sababchi ekani aniqlandi. Materiya haqidagi tasavvurlar 1-bo‘limda
aytib o‘tilgan edi. Atom Yadro va uning tarkibida musbat proton va neytral
neytrondan hamda uning atrofida aylanuvchi manfiy elektronlardan tashkil topgan.
Elektr zaryadi
𝐞 = 𝟏, 𝟔 ∙ 𝟏𝟎
−𝟏𝟗
𝐤𝐥
Hamma tanish elementar zarrachalar shu elementar zaryadga karrali
zaryadga egadir. Elektr zaryadining ikki ishorali bo‘lishi ularning tortishi va
itarishida namoyon bo‘ladi.
Faqat gravitatsion ta’sirda faqat tortish kuchlari mavjud. Bir xil ishorali
elektr zaryadlari o‘zaro tortadi, har xillari esa o‘zaro itaradi. Yadroda zarrachalarni
Yadro kuchlari ushlab turadi, unda bu kuchlar zaryad ishorasidan bog‘liq emas,
odatda makroskopik jism neytral holda bo‘ladi. Lekin kam miqdordagi moddada
ham shu darajada molekulalar ko‘pki, unda atom va molekuladan elektron chiqib
ketib zaryadlangan ionlar hosil bo‘ladi. Ko‘p hollarda elektronning bir moddadan
ikkinchisiga o‘tishi sababli birida elektronlar soni ortib ketadi (manfiy) boshqasida
elektronlar soni kamayadi (musbat) zaryadlanadi. Bundan tashqari ko‘pchilik
neytral molekulada musbat va manfiy zaryadlar og‘irlik markazlari mavjud. Ular
ustma-ust tashmasligi mumkin .
3.1-rasm. Положительно заряженный стержень порождает разделение
расходов на нейтральном объекте слева.
Bu holda bu molekulalar boshqa qutblangan molekulalar bilan ta’sirlashishi
mumkin. Hozirgi zamon fizikasining asosiy yo‘nalishlardan biri saqlanish
qonunlaridir. Biz mexanikada energiyaning, massaning, impuls momentining
saqlanish qonunlarini ko‘rib chiqdik.
𝐧
𝟎
→ 𝐩
+𝟏
+ 𝐞
−𝟏
+ 𝛝
−𝟎
Elektr zaryadining saqlanish qonuni fanning asosiy sifat tomonlaridan
biridir. Yopiq sistemada elektr zaryadlar yig‘indisi o‘zgarmas qoladi. Bu
fundamental qonunlardan biridir. Bu holda zaryad ham doimiy qoladi. Neytron
uchta zarrachaga emirilib o‘tadi. (Yuqorida reaksiya sxemasi yozilgan).
Bu reaksiya bir necha minut davomida yuz beradi. Yadroda esa o‘zgarish
bo‘lmasligi mumkin. Neytron Yadroda bo‘linganda Yadroda bitta proton va
neytrondan katta bo‘lgan Yadro paydo bo‘ladi. Bu betta emirilishdir. Natijada
elektron va antineytrino chiqib ketadi. Bu reaksiya bir qancha saqlanish
qonunlarini qanoatlantirish zarur. Bular ichida energiya, impuls va zaryadlarning
saqlanish qonunlari. Bular ichida zaryadlarning saqlanish qonuni, Yuqoridagi
reaksiyada, zaryadlar +1, -1,0 yakunda neytron neytral zaryadda qoladi.
Ikkinchi misol proton va antiprotonning qo‘shilishi natijasida pionlar hosil
bo‘ladi. Boshlang‘ich nol zaryad saqlanadi. (rasm 5.2). 4 ta musbat va 4 ta manfiy
zaryad pion hosil qiladi.
3.2-rasm. Pufakli kamera , qo`zg`almas protonga nisbatan antiproton izi
tasviri(belgilangan),bu holda ular o`zaro tasirlashib [uddi pionlar kabi sof
energiyani hosil qiladi. Kamera kuchli magnit maydonida bo`lib zaryadlangan
zarralar traektoriyasini teskari tomonga og`diradi. Ammo piondan so`ng myuon va
neytron hosil bo`ladi va ularning izi qolmaydi.
Demak, har qanday holda yakuniy yig‘indi zaryad saqlanadi.
Kulon qonuni. Zaryadlangan sistemalarga ta’sir etuvchi kuch kulon qonunidan
aniqlanadi. Prinsip sperpozitsiyaga binoan vektorlarni qo‘shish qoidasini aniqlash
kerak va teng ta’sir etuvchi kuch aniqlanadi.
𝐅⃗
𝟏,𝟐
= 𝐊
𝐪
𝐢
𝐪
𝟐
𝐫
𝟐
𝐫⃗ (1.58)
ya’ni ikkita zaryad orasidagi ta’sir etuvchi kuch zaryadlar ko‘paytmasiga
to‘g‘ri proporsional, ular orasidagi masofa kvadratiga teskari proporsionaldir. Bu
erda
𝐊 −proporsionallik koeffitsienti. Nyuton uchinchi qonuniga binoan 𝐪
𝐢
𝐯𝐚 𝐪
𝟐
zaryadlar kuchi bir xil va qarama-qarshi yo‘nalgandir. Rasm 14.4 da bu narsa
ko‘rsatilgan.
Bu erda
𝐊 = 𝟗, 𝟎[𝟏𝟎
𝟗
𝐧. 𝐦
𝟐
/𝐬
𝟐
Bu 2 ta zaryad vakuumda ta’sir etuvchi kuchni ko‘rsatadi. 5.2- rasmda
pufakli kamerada antiprotonning izlari ko‘rsatilgan. Kamera kuchli magnit
maydoniga joylashtirilgan va unda zaryadlangan zarrachalar turli tomonga og‘adi.
Keyinchalik pionlardan biri myuonga va neytrinoga aylanadi.
𝟎, 𝟏 𝐧𝐦 gacha yaqinlashgan elektron va proton orasidagi kuchni
hisoblaymiz.
𝐅 = 𝐊
𝐞
𝟐
𝐫
𝟐
= 𝟗 ∙ 𝟏𝟎
𝟗
(𝟏, 𝟔 ∙ 𝟏𝟎
𝟗
)
𝟐
(𝟏𝟎
−𝟏𝟎
)
𝟐
= 𝟐, 𝟑 ∙ 𝟏𝟎
𝐧
−𝟖
Bu ancha kichik ko‘rinadi, lekin amalda bu ancha katta hisoblanadi. Miozin
va aktina molekulalari orasidagi ta’sir kuchi
𝟏𝟎
𝐧
−𝟖
ga teng.
Misol 14.1. proton va elektron orasidagi elektr ta’sir kuchi ular orasidagi
gravitatsion ta’sirdan qanchaga katta?
Tenglamada elektron massasi
𝐦
𝐞
, proton massasi
𝐦
𝐩
𝐪 = 𝐞. U holda
𝐅𝐞𝐥𝐞𝐤. 𝐩𝐫𝐨𝐭. 𝐞𝐥
𝐅𝐠𝐫𝐚𝐯.
=
𝐤
𝐞
𝟐
𝐫
𝟐
𝐆
𝛍
𝐞
𝛍
𝛄
𝐫
𝟐
=
𝐤𝐞
𝟐
𝐆𝛍
𝐞
𝛍
𝐩
= 𝟐 ∙ 𝟏𝟎
𝟑𝟗
𝐦𝐚𝐫𝐭𝐚
Shunday qilib bularning farqi
𝟐 ∙ 𝟏𝟎
𝟑𝟗
marta ekan. Elektr kuchlariga
qaraganda gravitatsion kuchlarni hisobga olmasa ham bo‘ladi, faqat jism neytral
bo‘lgan holdagina gravitatsion kuchlarni e’tiborga olsa bo‘ladi. Odatda Kulon
qonuni umumiy holda
𝐅⃗
𝐢,𝟐
=
𝟏
𝟒𝛑𝛆
𝟎
∙
𝐪
𝟏
𝐪
𝟐
𝐫
𝟐
𝐫⃗ (1.59) ko‘rinishda yoziladi.
Bunda
𝛆
𝟎
= 𝟖, 𝟖𝟓 ∙ 𝟏𝟎
−𝟏𝟐
𝐤𝐥/𝐧. 𝐦
𝟐
elektr doimiysi.
Ikkitadan ko‘p bo‘lgan zaryad qatnashayotgan holda
superpozitsiyaqo‘llaniladi. U holda kuch 𝐅⃗ = ∑
𝐅⃗
𝐢
𝐍
𝐢=𝟏
ga teng bo‘ladi.
Magnit maydon tabiati va asosiy fizik xarakteristikalari.
Qadim zamonlardan temir birikmasi (FeO. FerO
3
) boshqa temir jismlarni
tortishi ma’lum bo’lgan. Erning ham magnit xossalari mavjudligi aniq bo’lgan va
o’tkir uchga qo’yilgan magnit sterjen o’z-o’zidan meridian bo’ylab joylashishi
aniqlangan. Bu kampas Xitoyda bundan 3000 yil ilgari kashf qilingan. Doimiy
magnitlarni 1600 y Gilbert aniqlagan. Ularning ikkita qutbi, ya’ni temir
buyumlarni katta kuch bilan tortuvchi chekka sohalari va ular orasida tortmaydigan
neytral zonalar mavjuddir. Qutblarning biri doim shimolga, ikkinchisi esa janubga
qaragan va shuning uchun shimoliy va janubiy qutblar deyiladi.
Turli ismli qutblar o’zaro tortishadi, bir xillari esa itarishadi. Xuddi
zaryadlangan jismlar elektr maydoni orqali ta’sirlashgani kabi magnit jismlar ham
bir biri bilan magnit maydoni orqali ta’sirlashadi.
Magnit maydon materiyaning maxsus turi bo’lib, u orqali harakat-
lanayotgan zaryadlangan zarrachaga boshqa magnit momentga ega bo’lgan jism-
larning o’zaro ta’siri o’rganiladi. Tabiatda magnit zarrachalari yo’q.
Magnitni qancha bo’lsak ham alohida S qutb va alohida N qutb olib
bo’lmaydi. XVIII asrda Daniyalik olim Ersted chaqmoq nazariyasini
o’rganishda, chaqmoq ta’sirida temir buyumlarning magnitlanishi
va kampasning magnitsizlanishini aniqladi. Bu esa magnit va elektr xodisalar
o’zaro bogliq ekanligini ko’rsatadi. Ersted simdan tok oqayotganda uning
atrofidagi magnit strelkasining yo’nalishi o’zgarishini aniqladi. Keyinchalik
Fransuz olimi Amper tokli ikki o’tkazgichning o’zaro magnit ta’sirini aniqladi.
Magnit maydonni grafik usulda tasvirlash uchun magnit kuch chiziqlari degan
tushuncha kiritiladi.
Magnit kuch chizigi deb – uning ixtiyoriy nuqtasiga o’tkazilgan urunma magnit
maydonning shu nuqtasidagi musbat magnit qutbiga ta’sir etuvchi kuch bilan bir
xil yo’nalgan xayoliy chiziqqa aytiladi. Magnit kuch chiziqlari doimo berk bo’ladi.
Tokli o’tkazgich atrofida hosil bo’ladigan magnit maydon yo’nalishi parma
qoidasiga asosan aniqlanadi. Unga binoan agar parma ilgarilanma harakat
yo’nalishi tok yo’nalishi bilan mos kelsa, parma dastasining harakat yo’nalishi
magnit maydon yo’nalishini ko’rsatadi.
Demak ikkalasi o’xshash. Shuning uchun 1820 y Amper doimiy magnitning
sababchisi aylanma toklar ekanligi haqidagi gipotezani ilgari surdi. Aylanma toklar
esa elektronlarning o’z o’qi va Yadro atrofida aylanishi natijasida hosil bo’ladi.
Magnit maydonni miqdoriy tomondan baholash uchun magnit induksiya vektori
degan tushuncha kiritiladi. Bir jismli magnit maydon induksiyasi birlik ramkaga
ta’sir etuvchi maksimal magnit momentiga son jihatidan teng bo’lgan fizik
kattalikdir.
|