Электричество и человек
последнее время склонны рассматривать как примитивный
гальванический элемент. До сих пор остается неясным,
действительно ли он служил для получения электричества.)
Электрическое поле Земли
Среда обитания человека, представляющая собой поверхность нашей планеты, характеризуется многими параметрами: температурой, освещенностью, обусловленными рассеянным солнечным светом, газовым составом атмосферой и т.п. Одним из важнейших ее параметров является электрическое поле.
Электрическое поле Земли образовано зарядом поверхности и зарядами, сосредоточенными на некоторой высоте в атмосфере Земли. Поверхность земного шара несет отрицательный заряд, по модулю равный 6*10 (5) Кл. Этот заряд не очень велик. Например, если через обычную лампу мощностью 60 Вт, включенную в сеть, такой заряд протекает за 25 суток.
Электрическое поле Земли подобно полю сферического конденсатора, одной из обкладок которого является заряженная поверхность планеты. Вследствие огромной кривизны поверхности обкладки поле можно считать однородным. (см. рис.1)
Электрическое поле Земли достаточно слабое. Но характер проводимости тела человека позволяет ему спокойно переносить без опасности для жизни и гораздо большие разности потенциалов.
Процессы, приводящие к образованию заряда на земной поверхности, очень сложны. В отличие от других космических тел ее поверхности не достигает поток заряженных частиц от Солнца - солнечный ветер, так как Земля защищена от его воздействия геомагнитным полем и атмосферой. Отрицательный заряд Земли формируется и поддерживается приблизительно постоянным в результате взаимодействия земной поверхности с приземными слоями атмосферы. Считается, что сток отрицательного заряда с поверхности Земли в атмосферу происходит в основном за счет проводимости приземного слоя воздуха, а в возвращении заряда на поверхность большую роль играют молнии. Их ежесекундно над Землей вспыхивает около сотни, причем каждая молния несет заряд, равный 10-50 Кл. Средняя плотность тока проводимости атмосферы составляет 10(-12) А/м2 (см. рис.2). Общая сила тока достигает 1800 А. Баланс электрического заряда Земли можно проиллюстрировать таблицей (см. таблицу 1).
Электрическая активность планеты и жизнь.
Электрическая активность атмосферы довольно спорный фактор среди других, характеризующих условия на планете, пригодной для жизни. Так, например, известный планетолог С. Доул считает, что слишком интенсивная электрическая активность атмосферы планеты могла бы превратить её в нежилую.
Однако, в начале эволюционного процесса на Земле электрическая активность планеты сыграла, по-видимому, положительную роль. Известны результаты опытов по синтезу органических молекул – «кирпичиков жизни» типа аминокислот из набора простейших исходных химических соединений. Суть опыта заключалась в том, что в большом, изолированном от внешней среды сосуде моделировалось атмосфера первичной Земли, представлявшая собой смесь метана, аммиака, водорода, водяного пара. Некоторое количество воды на дне сосуда имитировало водоём на поверхности Земли. Необходимая для химических реакций синтеза энергия черпалась из разных источников. В некоторых вариантах опыта в этой роли использовался электрический разряд, имитирующий электрическую активность древней земной атмосферы. Через некоторое время после начала опыта и включения источника энергии в сосуде образовывались органические молекулы, входящие в состав живых организмов. В разных странах мира различные группы учёных проводили аналогичные опыты, изменяя некоторые детали (например, концентрацию и набор исходных соединений). Результаты опытов во всех случаях получились примерно одинаковыми, что подтверждает, по мнению учёных, догадку о возможности самопроизвольного зарождения жизни на поверхности нашей планеты много миллиардов лет назад.
Электрические свойства воды.
Трудно переоценить значение воды для живых существ. Оказывается, многие её важные для жизни свойства обусловлены структурой молекулы воды. Молекула воды представляет собой диполь, а вещество в целом – полярный диэлектрик. Это означает, что, хотя в целом молекула воды нейтральна, центры тяжести её положительного и отрицательного зарядов не совпадают даже в отсутствии внешнего электрического поля. Атом кислорода забирает электроны от атомов водорода, обеспечивая себе большой отрицательный электрический заряд, в то время как два ядра атома водорода образуют положительно заряженные области. С соседними молекулами такая молекула взаимодействует электрически, притягивая к своему положительному концу отрицательный заряд, а к отрицательному – положительный заряд соседки. В результате молекулы тесно связываются друг с другом, образуя кластеры, или супермолекулы, если вещество однородно. Высокая диэлектрическая проницаемость воды 81 означает, что два заряда взаимодействуют в воде с силой, в 81 раз меньшей, чем если бы они взаимодействовали в вакууме. Это же приводит к тому, что вода ослабляет связи между атомами растворенного вещества, т.е. способствует диссоциации.
Электрические свойства тела человека.
Электропроводность - один из параметров, характеризующих жизненную деятельность живого существа. Известно, что с возникновением живого организма любого вида начинаются биоэлектрические явления, которые прекращаются при гибели живого существа. Человек при этом не является исключением.
Тело человека представляет собой по своим электрофизическим свойствам соленый раствор (раствор электролита). Разные ткани тела человека характеризуется разной концентрацией раствора электролита и разным его составом, вследствие чего различаются по своим диэлектрическим свойствам (см. таблицу 2).
Как любой проводник тело человека можно охарактеризовать его электрической емкостью. Приближенно емкость любого проводника может быть рассчитана как емкость шара, имеющего такую же площадь поверхности.
Поскольку внутриклеточная жидкость содержит ионы и хорошо проводит электрический ток, внутренние ткани тела человека обладают довольно низким сопротивлением. В целом же сравнительно высокое сопротивление тела человека электрическому току определяется в основном сопротивлением поверхностных слоев кожи (эпидермиса). Проводимость кожи в значительной степени зависит от ее состояния и осуществляется через потовые и сальные железы. Внутри тела человека ток разветвляется и проходит преимущественно вдоль протоков тканевых жидкостей (кровеносных сосудов, нервных стволов, лимфатических узлов и т.д.).
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6