Человечеству стоит заранее готовиться к будущему энергетическому голоду. Во-первых, истощаются производящие электричество ресурсы. Во-вторых, мы не можем в тех же темпах его производить дальше, иначе настанет тепловая катастрофа планетарного масштаба. Вероятно, второй момент нас будет все еще очень мало заботить, потому что наш мир на все 100% зависит от энергетики. Отказаться от нее хотя бы на половину будет означать смерть цивилизации. Поэтому мы будем до последнего издыхания искать новые источники электричества.

Через пол века на планете закончится нефть. Еще через пол века не станет газа. И вот только тогда мы перейдем на новый уровень развития, характеризующийся новыми технологиями и возможностями. В принципе, мы могли бы это сделать уже давно, но техническая революция откладывается из-за сугубо меркантильных интересов, о чем речь пойдет немного позже. Что это будут за источники, какова будет их природа и потенциал - со всем этим мы попытаемся разобраться в данной главе.

Начнем с самих себя. Ни для кого не секрет, что в идеале наш организм мог бы дать нам возможность обеспечивать нас же самыми элементарными электрическими ресурсами. Конечно, речь не идет о подогреве чайника или работы лампового телевизора, но значительная часть электроприборов могла бы получать энергию прямо от нашего организма.

Обычно в этом ракурсе понимается наша возможность с помощью физических движений вырабатывать электричество в генераторах. В этом нет ничего удивительного, когда осознаешь насколько человек силен и энергичен в своих действиях. Сила и выносливость его мышц вполне подходит для выработки электроэнергии, что особенно актуально в век приборов, которым нужно все меньше этой самой электроэнергии. В программе «Необъяснимо, но факт» можно было наблюдать изобретателя Мартына Нунупарова, который демонстрировал целый ряд приборов, которые работают от физической силы человека:

Мартын Нунупаров - заведующий лабораторией микроэлектроники института общей физики РАН; изобретатель; обладатель гран-при конкурса русский инноваций 2004 года.

— В приборах может появляться электричество, которое получается при механическом нажатии на специальную клавишу. Это изобретение, которое мы сделали, позволяет делать массу электронных приборов, для которых не нужно ни розетки, ни батарейки, и которые могут служить вечно.

Ученый предлагает использовать целый ряд изобретений, способных генерировать ток практически из любого человеческого действия, будь то даже вдоха, энергия которого равна 1Вт. По его словам, даже энергию ходьбы человека и взмаха руками во время этого процесса достаточно, чтобы питать лампу 60Вт.

Но еще дальше ушли некоторые другие изобретатели, которые, похоже, решили из человека сделать настоящую электрическую станцию. К примеру, группа американских ученых их Georgia Institute of Technology создала действующий прототип наногенератора из оксида цинка, который вживляется в человеческое тело и получает из него ток, используя наши движения. В будущем предлагается оснащать людей множеством таких наноприборов, чтобы мы могли в любой момент получать необходимую энергию.

Все это, по большей части, лишь предложения к массовому использованию. Однако в мире уже создано не мало прецедентов, которые в повседневной жизни используют человека, как источника тока. Например, в одном из вокзалов технологичной Японии стоят вырабатывающие электричество турникеты. Каждый пассажир, а их многие тысячи ежедневно, проходит через такую систему и питает весь терминал дополнительным чистым источником электричества. Конечно, о больших объемах получаемой энергии говорить не приходится. Она едва ли обеспечивает и несколько процентов потребности, но сам прецедент заслуживает не только внимания, но и уважения. Возможно, по такому принципу когда-нибудь будут работать многие предприятия.

Вероятно, за такими составляющими, как Нунупаров и его изобретения, стоит будущее человечества. Однако все это больше относится к тому, что было всегда известно, но просто мало кто понимал, как правильно получать и использовать электричество из физических действий человека. На самом деле, электричество мы можем генерировать напрямую, избегая переходных систем импульс-движение и движение-генератор. Дело в том, что сама природа любого живого организма, а не только человека, это замкнутая электрическая система, в которой есть свои генераторы, линии передач и потребители. Уж не попробовать ли качать ток прямо из нашего нутра?

Такая идея изначально витала только в умах фантастов. Казалось, это просто невозможно. Вспомним культовый фильм «Матрица», где электричество вырабатывали человеческие мозги, подключенные в одну сплошную генераторную станцию. Но мир движется вперед и основная роль его движения заключается в том, чтобы делать невозможное повседневной реальностью. Однако сначала стоит разобраться с причинами того, почему человек может быть использован в качестве источника энергии и откуда она в нем берется.

Дело в том, что у человека есть все необходимые звенья любой полной электрической цепи. Во-первых, это генераторы. Они делятся на внутренние(сердце и мозг) и внешние(органы чувств). В мозгу ток образуется в месте ретикуло-эндотелиальной формации, откуда по нервам распространяется по всему организму в виде биотоков. В сердце биотоки возникают в синатриальном узле, откуда они через посредников передают импульсы сердечной мышце, а затем растворяются в теле. Именно благодаря этому узлу сердце может какое-то время биться даже вне тела.

В глазах ток возникает в виде потока электронов по нервам к мозгу от сетчатки. Во внутреннем ухе формируется электричество под действием звуковых волн. Физическое и температурное воздействие на рецепторы кожи формирует в них биотоки, которые направляются к головному мозгу на обработку. Это самые мелкие генераторы тока в человеческом организме. В носу электричество вырабатывают митральные клетки, воздействие запаха на которых генерирует биоимпульсы. Во роту под воздействием химических веществ ток вырабатывают вкусовые сосочки.

Если суммировать все вырабатываемое нами внутреннее электричество, то окажется, что более половины берет на себя сердце. Десятую часть тока генерируют органы чувств, а все остальное, около 40%, производит головной мозг. Однако при больших болях органы чувств, болевые рецепторы, могут давать абсолютное большинство всего электричества в организме. В общем, все это не удивительно, если понимать, что биотоки являются главным движущим и поддерживающим живое существо фактором.

Некоторые умы упорно решают задачу, как взять хотя бы часть всего внутричеловеческого тока и использовать его для нужд самого человека. Вероятно, это не даст серьезных сдвигов в уровне развития цивилизации, но в чем-то может сыграть свою положительную роль. Так, к примеру, внутреннее электричество могло бы питать вживленные чипы человека будущего или искусственные органы. Но еще дальше уходят идеи искусственной культивации тех же рецепторов боли в промышленных масштабах, чтобы из них вырабатывать ток в больших объемах. Бесспорно, эта идея далекого будущего. Но некоторые современные достижения выглядят не менее фантастично.

Так, в японской лаборатории Matsushita Electric научились получать ток напрямую из крови человека. Дело в том, что она полна электронов от ферментного окисления глюкозы. А тот же Нунупаров предлагает использовать для получения электричества не только наши движения, но и те лишние отложения жировых тканей, что нас так сильно раздражают у зеркала и на фотографиях. По его подсчетам, одного грамма такого жирка хватит на подзарядку аж четырех батареек АА. Без труда можно подсчитать, что брюхо среднего европейского мужчины может питать до 40 тыс. батареек, что представляет из себя внушительный запас электричества. Остается только решить, насколько выгодней производить человеку жир для энергетических целей?

Но все вышеописанное не идет ни в какие сравнения с тем, как собираются решить энергетический вопрос в Лондонском музее науки. Как и полагается настоящим деятелем науки, руководство музея решило найти консенсус между тремя миллионами посетителей в год и огромными счетами за электроэнергию. В отличие от безобидных японских турникетов, которые вырабатывают электричество, когда сквозь них проходят клиенты железнодорожной станции, англичане решили использовать обед посетителей. Впрочем, как и завтрак и ужин. В общем, все, что осталось в кишечнике.

Кто-то мозговитый решил, что слишком большое расточительство выкидывать содержимое унитазов в сточные воды, ведь это содержимое творят три миллиона человек в год. Это ж сколько можно добра сделать! Было подсчитано, если грамотно использовать данные продукты жизнедеятельности, то из счетов за электроэнергию можно будет вычеркнуть около 15000 лампочек, которые смогут «освещать», посетители музейных унитазов.

Нечто подобное придумали сингапурские ученые. Они решили ограничиться небольшим - мочой. Группа Института биотехнологий и нанотехнологий изобрела бумагу, состоящую из вымоченного в дихлориде меди бумажного слоя между полосками магния и меди. Когда на это чудо попадает всего 0,2 мл. мочи, вырабатывается 1,5-вольтовое напряжение с солидной мощностью. Об использовании такой батареи в промышленных генерациях электричество никто пока не говорит. Изначально стояла цель создать медицинские приборы, способные самостоятельно делать анализ мочи без посторонних источников энергии.

У некоторых рыб есть органы, вырабатывающие электрический ток. О таких рыбах знали еще в глубокой древности. Электрического сома изображали на гробницах в Древнем Египте 6 тыс. лет назад. Вероятно, уже тогда знали о лечебном действии его электрических разрядов. Прикладывать электрическую рыбу к телу больного рекомендовал и знаменитый древнеримский врач Гален.

Электрические органы этого сома, расположенные почти по всей длине тела рыбы, дают разряды напряжением до 360 В. А органы электрических скатов, живущих в тропических и субтропических водах океанов, производят целую серию разрядов, до сотни подряд, "напряжением до 220 В. Самые мощные электрические органы у электрических угрей, обитающих в реках тропической Америки. Их разряды достигают напряжения 650 В и силы около 2 А. Сила этих разрядов постепенно уменьшается до тех пор, пока они не прекращаются совсем. Для их "зарядки" требуется время. Сигналы к генерации электричества поступают в электрические органы по нервам.

Очень сильные разряды электрического ската торпедо защищают его от хищников - акул и осьминогов - и помогают скату охотиться за мелкой рыбой, которую эти разряды парализуют или даже убивают.

Расположение электрических органов у электрического ската

Электрические органы с мощными разрядами построены по принципу вольтова столба и служат для защиты и нападения. Разряды действуют на расстоянии до 6 м, парализуя рыб, моллюсков, ракообразных и других водных животных. Электрической рыбе остается только проглотить жертву.

Другая группа электрических рыб, например африканские мормирусы, испускает серию низковольтных импульсов, создавая вокруг себя электрическое поле. По искажению этого поля при попадании в него любого предмета рыбы находят в мутной воде добычу, особей противоположного пола или обнаруживают преграду.

Электрические органы в большинстве случаев состоят из особых клеток - электроцитов, происшедших в процессе эволюции из мышечных клеток.

Электрический ток и магнитные поля

О том, что некоторые рыбы могут генерировать электрический ток, было известно еще древним грекам, хотя они и не знали, что то шоковое оцепенение, которое вызывали у рыбаков электрические скаты, было связано с действием электричества. Они полагали, что рыба выделяет из своих кровеносных сосудов какое-то ядовитое вещество, которое замораживает кровь любого, кто к ней прикоснется. Также издревле был известен электрический сом, обитающий в реках и озерах тропической Африки. В Египте его называют «ра-аш», что созвучно арабскому слову «pa-ад», означающему в переводе «гром». Начиная с XI столетия арабы используют его в народной медицине (своего рода электротерапия): они прикладывают живых сомов к различным частям тела для снятия всякого рода болей. Римляне подобным же образом использовали электрических скатов при лечении подагры и головной боли.

Эти рыбы, как и обитающие в Южной Америке электрические угри, обладают особыми органами, которые способны производить мощный электрический разряд. С помощью своего электрического органа, состоящего из видоизмененных мышечных волокон, электрический сом может производить разряд напряжением до 650 В. Сокращение обычных мышц начинается с небольших электрических разрядов, называемых потенциалами действия, которые распространяются по поверхности мышечного волокна точно так же, как рецепторный потенциал распространяется по рецептору. В процессе эволюции в электрическом органе рыб была утрачена способность мышц к сокращению, а потенциалы действия, напротив, очень сильно возросли. Волокна электрического органа не похожи на тонкие мышечные волокна, а напоминают пластины, расположенные наподобие элементов в аккумуляторной батарее. Как и в любой батарее, отдельные заряды пластин суммируются и производят один сильный разряд. Потенциал действия каждой пластины достигает всего лишь 0,1 В; однако в электрическом органе угря могут быть одновременно возбуждены тысячи таких пластин, и тогда производимый ими разряд достигает огромной силы.

Электрические рыбы, о которых мы только что говорили, используют мощный электрический разряд для оглушения жертвы. Вместе с тем есть рыбы, генерирующие гораздо более слабые токи - настолько слабые, что они не в состоянии обездвижить жертву; во многих случаях эти токи можно зарегистрировать лишь с помощью приборов. Почти у всех скатов электрические органы располагаются в области хвоста; электрический скат отличается от всех остальных тем, что производит особенно сильный разряд. К электрическим рыбам принадлежат также звездочет, обитающий у берегов Северной Америки, клюворылые рыбы Африки, например слонорыл, а также гимнотовидные рыбы, к которым относится ножетелка и электрический угорь, - обитатели Южной Америки. Биологическое значение слабых токов, производимых этими рыбами, долгое время оставалось загадкой; теперь предполагают, что рыбы могут воспринимать искажение образующегося вокруг их тел электрического поля и таким образом обнаруживать препятствия или добычу.

Уже более ста лет известно, что электрические органы есть у нильской щуки - рыбы необычного вида, вдоль всей спины которой проходит постоянно колеблющийся плавник. В 1951 году Г. У. Лиссман тщательно исследовал поведение этих рыб. Нильские щуки передвигаются не с помощью движений хвоста, как большинство других рыб, а с помощью волнообразно колышущегося спинного плавника. При этом их тело не изгибается из стороны в сторону. Эти рыбы с одинаковой легкостью могут двигаться как вперед, так и назад; они без труда обходят все препятствия, встречающиеся на их пути. Нильские щуки обитают в мутных илистых реках и по ночам охотятся на мелких рыбешек. В таких условиях от зрения мало пользы, и поэтому вполне естественно предположить, что какое-то другое чувство помогает нильской щуке ловить добычу и избегать препятствий.

По данным Лиссмана, нильская щука использует электрические органы для обнаружения различных препятствий; кроме того, он показал, что таким же образом обнаруживают препятствия и другие рыбы, обладающие электрическими органами. Если опустить в аквариум с нильской щукой пару электродов, подключенных к осциллографу, прибор тотчас же зарегистрирует электрические разряды. Они следуют с постоянной частотой (примерно 300 имп/с), и при этом каждый разряд создает в воде электрическое поле, напоминающее поле вокруг магнитного стержня. Положительным полюсом в данном случае служит голова рыбы, а отрицательным - ее хвост. Любой находящийся в воде предмет искажает привычную конфигурацию электрического поля; оставалось лишь показать, что нильские щуки способны воспринимать свои слабые электрические поля и что с помощью этих полей они обнаруживают различные объекты. Оказалось, что щуки реагируют на движение слабого магнита вблизи аквариума. Кроме того, если записать электрические разряды рыбы на магнитную пленку, а затем воспроизвести эту запись, рыба будет нападать на опущенные в воду электроды. Позднее, для того чтобы выяснить, может ли нильская щука обнаруживать находящиеся вблизи нее предметы, были проведены опыты с условными рефлексами. В аквариум опускали две трубочки из пористой глины, одну из которых заполняли водой из-под крана или каким-либо другим веществом, проводящим электрический ток, а другую - диэлектриком (например, воском или стеклом). Рыбу обучали приближаться к трубочке с проводящим веществом, каждый раз подкрепляя ее правильное поведение кусочком мяса. Вскоре она обучилась подплывать к этой трубочке и не обращать никакого внимания на другую, наполненную диэлектриком. Изменяя содержимое трубок, удалось определить, что нильская щука может обнаружить наличие в одной из них стеклянной палочки диаметром 2 мм. Такая тоненькая палочка вызывает минимальные изменения электрического поля рыбы; чтобы обнаружить эти изменения, нильская щука должна обладать крайне тонкой чувствительностью.

Органы чувств, которыми пользуется рыба для восприятия электрического поля, находятся в кожных покровах головы и очень напоминают органы боковой линии. Они представляют собой крошечные ямки, наполненные желеобразной массой, на дне которых находятся рецепторы. У нильской щуки толстая кожа, которая очень плохо проводит электричество; желеобразное содержимое ямок, напротив, представляет собой хороший проводник и играет роль вспомогательного органа, собирающего и концентрирующего электрический ток.

Вскоре после того, как у нильской щуки была обнаружена способность воспринимать электрические поля, ученые определили биологическое назначение ампул Лоренцини, имеющихся у скатов. В гл. 1 уже отмечалось, что эти органы чувств одно время считали температурными рецепторами или рецепторами давления, однако в конце концов выяснилось, что они являются электрическими рецепторами. Как и сенсорные органы, расположенные на голове нильской щуки, ампулы Лоренцини представляют собой группу чувствительных клеток, которые находятся на дне канала, заполненного желеобразным содержимым. Подобные органы были обнаружены и у других рыб, чувствительных к электричеству, например у африканского слонорыла и у американской ножетелки.

Фиг. 34. Электрические органы, расположенные в хвосте ножетелки, генерируют электрическое поле, картина которого напоминает картину магнитного поля, существующего вокруг намагниченного стержня

Находящиеся на голове рыбы электрические рецепторы обнаруживают искажения конфигурации этого электрического поля, вызванные объектами, находящимися вблизи рыбы. Плохой электрический проводник (А) вызывает расхождение силовых линий, хороший проводник (Б) - их сжатие.

На фиг. 34 показано, как проводники и диэлектрики изменяют конфигурацию электрического поля вокруг головы рыбы. По-видимому, эти изменения влияют на картину нервных импульсов, поступающих от рецепторов в мозг. Каким образом рыба использует информацию, получаемую от воспринимающих электрическое поле органов, для обнаружения точного положения предмета, совершенно не известно, Считается, что электрические рыбы действительно могут обнаруживать окружающие их объекты, поскольку уже доказана способность этих рыб избегать встречающихся на пути препятствий. Часть мозга, связанная с органами электрического чувства, велика по размеру и, по-видимому, должна быть способна производить анализ очень сложной информации, поступающей от этих органов. Работа мозга несколько облегчается благодаря особому способу передвижения электрических рыб. Обычные рыбы плавают в воде за счет ударов хвоста, который колеблется при этом из стороны в сторону, а у большей части рыб, чувствительных к электрическому току, во время плавания тело вытянуто по прямой линии и почти неподвижно. Вряд ли можно считать простым совпадением развитие такого специфического способа плавания у электрических рыб, принадлежащих не только к разным видам, но даже к разным подклассам. У ската электрические органы находятся на узком твердом хвосте; плавают скаты с помощью своих мягких грудных плавников. Многие рыбы, которые относятся к семействам клюворылых и гимнотовидных, в том числе нильская щука и ножетелка, все время держат хвост прямо и передвигаются посредством волнообразных движений длинных плавников, расположенных на спине или на брюхе. Преимущество такого способа передвижения очевидно, так как при этом не искажается картина электрического поля (что было бы неизбежно, если бы рыба двигала хвостом из стороны в сторону); в результате значительно упрощается анализ приходящей в мозг информации.

Рыбы, имеющие электрические органы, обычно живут в мутной воде или активны в ночное время. Глаза у них маленькие, а поэтому восприятие электрического поля должно иметь для них большое значение, хотя еще никто не показал, что какие-либо рыбы, в том числе скаты, и в самом деле как-то используют электрическое чувство. Вполне возможно, что электрическое чувство предназначено не только для того, чтобы избегать препятствий и обнаруживать жертву. Может быть, когда-нибудь выяснится, что оно, подобно другим чувствам, играет определенную роль в передаче информации во время агрессивного поведения или обряда ухаживания. Например, было обнаружено, что нильская щука изменяет частоту своих электрических разрядов, когда в аквариуме, где она находится, воспроизводят ее же собственные разряды, записанные на пленку. Можно предположить, что таким образом эти рыбы избегают «наложения» сигналов один на другой.

Электрическое чувство - это совершенно «новое чувство», о котором еще тридцать лет назад не было известно. Исследование этого чувства привело к открытию рецепторного органа нового типа. Электрическое чувство в корне отлично от всех других, обсуждаемых в этой книге чувств, которыми мы сами в какой-то мере обладаем (хотя животные используют их порой в других целях). Пусть с трудом, но мы все таки можем представить себе, как летучая мышь ориентируется с помощью эхолокации, а пчела - с помощью поляризованного света; однако электрические рыбы живут, по-видимому, в совершенно чуждом нам мире.

С тех пор как Лиссман обнаружил у нильских щук способность воспринимать слабые токи, было открыто еще одно загадочное чувство, по всей вероятности, связанное с только что описанным. В гл. 7 было высказано предположение, что птицы, по-видимому, могут ориентироваться при полете, используя магнитное поле Земли. Мы пока еще не располагаем убедительным доказательством того, что они воспринимают магнитное поле, однако было обнаружено, что некоторые более примитивно организованные животные реагируют на слабое магнитное поле. В Северной Австралии некоторые виды термитов всегда строят гнезда таким образом, что длинная ось гнезда совпадает с направлением север - юг; группа термитников выглядит как флотилия стоящих на якоре кораблей, повернутых носом к ветру. Предполагаемая причина такой ориентации гнезд заключается в том, что их широкие стороны, направленные на запад и восток, должны улавливать слабые лучи утреннего и вечернего солнца, благодаря чему в гнезде поддерживается нужная температура. Никаких доказательств этого предположения не существует; более того, известно, что температура в гнездах термитов других видов никак не зависит от температуры внешней среды. В термитниках очень толстые стены, а температуру воздуха внутри них регулируют сами термиты почти так же, как это делают пчелы в своем улье.

В то же время известно, что некоторые виды термитов воспринимают магнитное поле. Внутри термитника отдельные особи располагаются параллельно силовым линиям магнитного поля Земли (а у некоторых видов - под прямым углом к ним). Это может в какой-то мере объяснить, почему гнезда термитов ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля Земли: ведь если головы термитов обращены к северу или к югу, они будут строить свои гнезда вдоль линии, проходящей с севера на юг. Если посадить термитов в железную коробочку, они теряют способность ориентироваться; в то же время, если положить под ящик с термитами сильный магнит, они изменяют положение своего тела и располагаются вдоль новых силовых линий. Других животных также можно сбить с курса, если поместить около них магнит; это удается проделать с такими филогенетически далекими животными, как прудовики, плоские черви и простейшие.

Загадку представляет не только то, почему эти животные ориентируются с помощью магнитного поля, но и то, как они воспринимают это поле. До сих пор еще не найдено никакого органа чувств или рецептора, которые бы реагировали на магнитное поле. Однако рано или поздно исследователи, может быть, обнаружат, что магнитное чувство широко распространено среди самых различных животных; если это так, то у нас нет никаких оснований считать его последним чувством, которое мы откроем. Уже сейчас предполагают, что некоторые люди способны воспринимать радиоволны. В 1968 году было обнаружено, что перистые антенны некоторых ночных бабочек чувствительны к свету, хотя у этих антенн нет ни роговицы, ни хрусталика, ни сетчатки - структур, которые обычно ассоциируются со светочувствительными органами.

Биология в настоящее время переживает свой золотой век. Во всех областях биологических исследований сейчас наблюдаются головокружительные успехи, которые стали возможны благодаря самым последним достижениям других наук, например созданию электронного микроскопа и развитию вычислительной техники. Поистине ошеломляющие успехи сделаны в области молекулярной биологии, биологии популяций и сообществ. Так же быстро развивается и физиология органов чувств; вскрываются сложнейшие механизмы их функционирования, благодаря чему мы имеем возможность объяснить поведение животных с точки зрения того, что могут и чего не могут их органы чувств, вместо того, чтобы просто считать, будто они живут в таком же мире, как наш. Однако по мере накопления информации возникают все новые и новые проблемы. Исходя из общего запаса знаний, которыми мы сейчас располагаем, следует считать, что каждая глава этой книги является далеко не полной: мы всегда должны помнить, что для нас, к сожалению, еще многое остается загадкой, например то, каким образом функционирует тот или иной орган чувств или даже каково биологическое назначение некоторых из этих органов. В конце концов мы обязательно узнаем, каким образом термиты ощущают магнитное поле Земли и почему они на него реагируют, но к этому времени уже наверняка будут открыты новые, не менее загадочные чувства.

Фото I. В то время, когда коза щиплет листья, уши ее находятся в постоянном движении. Это помогает животному точно определить, откуда приходят звуки. Двигая одним ухом совершенно независимо от другого, коза может концентрировать свое внимание на двух звуках одновременно.

Фото II. Сова сипуха на своем насесте с только что пойманной землеройкой. Эта сова охотится с помощью зрения или слуха, которые характеризуются необычайной остротой. Единственное средство защиты для землеройки - надежное укрытие.

Фото III. Обитающая в пустынях Северной Америки кенгуровая крыса ведет ночной образ жизни и обладает чрезвычайно острым слухом. Она слышит слабые шорохи, свидетельствующие о приближении совы или гремучей змеи, и в момент их нападения мгновенно отпрыгивает в сторону.

Фото IV. Фотография подковоносой летучей мыши, на которой хорошо видна характерная кожистая складка на носу; эта складка может изгибаться, колеблясь из стороны в сторону, и таким образом изменять направление ультразвукового луча, испускаемого летучей мышью.

Фото V. Южноамериканские птицы гуахаро ориентируются с помощью сонара. Они отыскивают путь в кромешной тьме пещер, прислушиваясь к эху от своих криков. Обратите внимание на птиц, сидящих на гнезде позади выступа скалы.

Фото VI. Жировая подушка дельфина - «дыня» - находится между клювом и воздушными мешками; она фокусирует ультразвуковые сигналы, производимые с помощью воздушных мешков. На клюве можно видеть цепочку сенсорных ямок. В каждом такой ямке имеются волоски (остатки вибрисс наземных зверей), которые воспринимают вибрации в воде.

Фото VII. Сонар позволяет землеройкам обнаруживать крупные объекты; благодаря этому животные могут избегать открытых пространств, где они беззащитны против хищников.

Фото VIII. Большую часть времени илистые прыгуны проводят на суше. Их глаза расположены на своего рода выдвижных «турелях» и защищены от высыхания своеобразными «очками».

Фото IX. Глаза играют важную роль в жизни лягушки: с их помощью она находит пищу и водоемы и вовремя обнаруживает врагов.

Фото X. Сложные глаза комнатной мухи состоят из многих тысяч элементов. Число таких элементов в сложном глазе насекомого является хорошим показателем его способности различать детали предметов.

Фото XI. Невидимые человеку медоуказчики.

А. Цветки лапчатки прямостоячей (Potentilla tormentilla = P. erecta), сфотографированные в обычном свете.

Б. Те же самые цветки, сфотографированные в ультрафиолетовом свете. Указатели меда помогают насекомым отыскать в цветках нектар.

Фото XII. Лосось перепрыгивает порог на пути к месту нереста. Он поднимается вверх по реке от самого ее устья, руководствуясь запахом воды из своего нерестилища.

Фото XIII. Крот, зажавший передними лапами свою добычу. Обратите внимание на вибриссы, которые хорошо видны на его мордочке. Предполагают, что они играют важную роль в жизни крота под землей, помогая ему обнаруживать самые различные колебания.

Фото XIV. Боковая линия карпов представляет собой ряд точек, расположенных вдоль боковой поверхности тела. Каждая точка - это крошечное отверстие, ведущее в трубочку, где находятся органы чувств. Прямо перед глазами находятся ноздри. Они представляют собой U-образные трубочки, в которых расположены органы обоняния, и не имеют никакого отношения к дыханию.

Фото XV. Пытаясь выбраться из сети, кузнечик сам предрешает свою гибель. Почувствовав колебания паутины, притаившийся паук быстро схватывает свою добычу.

Фото XVI. Самец сорной курицы регулирует температуру своего гнезда (которое нагревается либо за счет солнечного тепла, либо за счет тепла, выделяемого гниющими растениями), разгребая песок в стороны или набрасывая его на гнездо. Через 11 мес. из яиц вылупляются, птенцы и самостоятельно выбираются на поверхность.

Фото XVII. Лицевые ямки гремучей змеи расположены позади и несколько ниже ноздрей. Чувствительность этих ямок к инфракрасному свету позволяет змее ночью отыскивать добычу.

Фото XVIII. Ножетелка двигается в воде с помощью своего длинного почти прозрачного брюшного плавника, благодаря чему расположенный в ее хвосте электрический орган остается неподвижным. Электрический ток, вырабатываемый этим органом, помогает рыбе обнаруживать находящиеся поблизости объекты.

Из книги По следам Робинзона автора Верзилин Николай Михайлович

ГЛАВА IV. ОВОЩИ ЛЕСА И ПОЛЯ Белый картофель североамериканских индейцев Среди бесчисленного множества растений, которые покрывают поверхность суши и водную поверхность земного шара, нет, быть может, ни одного, которое с большим правом заслуживало бы внимания добрых

Из книги Новая наука о жизни автора Шелдрейк Руперт

Глава 4. Морфогенетические поля 4.1. Морфогенетические зародыши Морфогенез не происходит в вакууме. Он может начаться только с уже организованной системы, которая служит морфогенетическим зародышем. В процессе морфогенеза новая морфическая единица более высокого уровня

Из книги Семь экспериментов, которые изменят мир автора Шелдрейк Руперт

Глава 9. Движения и моторные поля 9.1. Введение В предыдущих главах обсуждалась роль формативной причинности в морфогенезе. В этой и двух последующих главах речь пойдет о роли формативной причинности в управлении движением.Некоторые движения растений и животных являются

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автора

9.6. Морфогенетические поля и моторные поля Несмотря на то что поля, контролирующие изменения формы специализированных двигательных структур животных, - это фактически морфогенетические поля, они вызывают, скорее, движения, нежели изменения формы. По этой причине

Из книги Пароль скрещенных антенн автора Халифман Иосиф Аронович

9.7. Моторные поля и чувства Посредством морфического резонанса животное попадает под влияние специфических моторных полей вследствие своей характерной структуры и внутренней организации колебательных процессов. Эти процессы изменяются в результате изменений,

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий Павлович

ПОЛЯ ТЕРМИТНЫХ КОЛОНИЙ Предположение о том, что колонии термитов организуются под влиянием поля, вовсе не отрицает роли передачи информации между отдельными насекомыми с помощью обычных органов чувств. Подобно муравьям, термиты могут общаться друг с другом самыми

Из книги Тайная жизнь растений автора Томпкинс Питер

ФАНТОМНЫЕ ОЩУЩЕНИЯ И ПОЛЯ Все общепринятые научные теории создаются на основе концепции ограниченного разума: “схемы тела”, образы тела, фантомные ощущения существуют исключительно внутри головного мозга, как бы живо и непосредственно мы их ни воспринимали. Однако

Из книги Рассказы о биоэнергетике автора Скулачев Владимир Петрович

Из книги Энергия жизни [От искры до фотосинтеза] автора Азимов Айзек

ИЗ ЛЕСОВ - В ПОЛЯ И САДЫ! ЛЮБОПЫТНАЯ находка попалась археологам вблизи города Тебен, в Верхнем Египте. Здесь в дер эль Медине они открыли древнюю гробницу, относящуюся к эпохе фараонов, царствовавших примерно за полторы тысячи лет до нашей эры. Среди предметов, найденных

Из книги Мозг в электромагнитных полях автора Холодов Юрий Андреевич

Почему и как часто приходится пересоставлять магнитные карты земной поверхности? Известно, что магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами, а потому направление магнитной стрелки (магнитная линия) не совпадает с направлением географического

Из книги Мы бессмертны! Научные доказательства Души автора Мухин Юрий Игнатьевич

Из книги автора

Электрический кабель цианобактерий Другая проблема, долго дожидавшаяся своего срока, - это передача энергии вдоль мембраны. С самого начала хемиосмотической эпопеи мне казалось очевидным, что разность электрических потенциалов весьма удобна для транспорта энергии в

Из книги автора

Глава 10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПУТЬ При оценке действия изменений свободной энергии на химические системы ход химической реакции проще рассматривать по аналогии с движением в гравитационном поле. Это вполне разумное решение, поскольку на всем протяжении предыдущей главы мы

Из книги автора

Глава 6. Электромагнитные поля меняют поведение Отмечено многочисленными исследователями, что разные ЭМП могут менять двигательную активность (ДА) организма, изменять чувствительность к раздражителям, нарушать формирование условных рефлексов и угнетать память. Все эти

Из книги автора

Глава 10. Собственные электромагнитные поля мозга О биопотенциалах мозга написаны тысячи научных и популярных статей и книг за те полвека, что прошли со времени начала регистрации электроэнцефалограммы человека немецким физиологом Г. Бергером.В те же годы советским

Из книги автора

Электрические и магнитные поля Из того перечня сил природы, которые могут участвовать в строительстве и осуществлении жизни тел организмов и формируют нас, людей (как личность - как сущность, которая имеет возможность хранить информацию и перерабатывать ее, а также

Направленное (упорядоченное) движение частиц, носителей электрического заряда, в электромагнитном поле.

Что такое электрический ток в разных веществах? Примем, соответственно, движущиеся частицы:

• в металлах - электроны,
• в электролитах - ионы (катионы и анионы),
• в газах - ионы и электроны,
• в вакууме при определённых условиях - электроны,
• в полупроводниках - дырки (электронно-дырочная проводимость).

Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля.

Электрический ток проявляется следующим образом:

• нагревает проводники (явление не наблюдается в сверхпроводниках);
• изменяет химический состав проводника (данное явление в первую очередь характерно для электролитов);
• создает магнитное поле (проявляется у всех без исключения проводников).

Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрический ""ток проводимости"". Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называют ""конвекционным"".

Токи различают на постоянный и переменный. Также существуют всевозможные разновидности переменного тока. При определении видов тока слово «электрический» опускают.

• Постоянный ток - ток, направление и величина которого не меняются во времени. Может быть пульсирующий, например выпрямленный переменный, который является однонаправленным.
• Переменный ток - электрический ток, изменяющийся во времени. Под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным.
• Периодический ток - электрический ток, мгновенные значения которого повторяются через равные интервалы времени в неизменной последовательности.
• Синусоидальный ток - периодический электрический ток, являющийся синусоидальной функцией времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. Любой периодический несинусоидальный ток может быть представлен в виде комбинации синусоидальных гармонических составляющих (гармоник), имеющих соответствующие амплитуды, часто́ты и начальные фазы. В этом случае Электростатический потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
• Квазистационарный ток - относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов. Этими законами являются закон Ома, правила Кирхгофа и другие. Квазистационарный ток, так же как и постоянный ток, имеет одинаковую силу тока во всех сечениях неразветвлённой цепи. При расчёте цепей квазистационарного тока из-за возникающей э. д. с. индукции ёмкости и индуктивности учитываются как сосредоточенные параметры. Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.
• Ток высокой частоты - переменный ток, (начиная с частоты приблизительно в десятки кГц), для которого становятся значимыми такие явления, которые являются либо полезными, определяющими его применение, либо вредными, против которых принимаются необходимые меры, как излучение электромагнитных волн и скин-эффект. Кроме того, если длина волны излучения переменного тока становится сравнимой с размерами элементов электрической цепи, то нарушается условие квазистационарности, что требует особых подходов к расчёту и проектированию таких цепей.
• Пульсирующий ток - это периодический электрический ток, среднее значение которого за период отлично от нуля.
• Однонаправленный ток - это электрический ток, не изменяющий своего направления.

Вихревые токи

Вихревые токи (или токи Фуко) - замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитный поток, поэтому вихревые токи являются индукционными токами. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры.

Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют деление магнитопроводов переменного тока на отдельные пластины, изолированные друг от друга и расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, что ограничивает возможные контуры их путей и сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах вместо ферромагнетиков для магнитопроводов применяют магнитодиэлектрики, в которых из-за очень большого сопротивления вихревые токи практически не возникают.

Характеристики

Исторически принято, что """направление тока""" совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения заряженных частиц.

Дрейфовая скорость электронов

Дрейфовая скорость направленного движения частиц в проводниках, вызванного внешним полем, зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. За 1 секунду электроны в проводнике перемещаются за счёт упорядоченного движения меньше чем на 0,1 мм. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света (скорости распространения фронта электромагнитной волны). То есть то место, где электроны изменяют скорость своего движения после изменения напряжения, перемещается со скоростью распространения электромагнитных колебаний.

Сила и плотность тока

Электрический ток имеет количественные характеристики: скалярную - силу тока, и векторную - плотность тока.

Сила ток а - физическая величина, равная отношению количества заряда

Прошедшего за некоторое время

через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.

Сила тока в СИ измеряется в амперах (международное и русское обозначение: A).

По закону Ома сила тока

на участке цепи прямо пропорциональна электрическому напряжению

Приложенному к этому участку цепи, и обратно пропорциональна его сопротивлению

Если на участке цепи электрический ток не постоянный, то напряжение и сила тока постоянно изменяется, при этом у обычного переменного тока средние значения напряжения и силы тока равны нулю. Однако средняя мощность выделяемого при этом тепла нулю не равна.

Поэтому применяют следующие понятия:

• мгновенные напряжение и сила тока, то есть действующие в данный момент времени.
• амплитудные напряжение и сила тока, то есть максимальные абсолютные значения
• эффективные (действующие) напряжение и сила тока определяются тепловым действием тока, то есть имеют те же значения, которые они имеют у постоянного тока с таким же тепловым эффектом.

Плотность тока - вектор, абсолютная величина которого равна отношению силы тока, протекающего через некоторое сечение проводника, перпендикулярное направлению тока, к площади этого сечения, а направление вектора совпадает с направлением движения положительных зарядов, образующих ток.

Согласно закону Ома в дифференциальной форме плотность тока в среде

пропорциональна напряжённости электрического поля

и проводимости среды

Мощность

При наличии тока в проводнике совершается работа против сил сопротивления. Электрическое сопротивление любого проводника состоит из двух составляющих:

• активное сопротивление - сопротивление теплообразованию;
• реактивное сопротивление - сопротивление, обусловленное передачей энергии электрическому или магнитному полю (и обратно).

Как правило, большая часть работы электрического тока выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени. Согласно закону Джоуля - Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:

Мощность измеряется в ваттах.

В сплошной среде объёмная мощность потерь

определяется скалярным произведением вектора плотности тока

и вектора напряжённости электрического поля

в данной точке:

Объёмная мощность измеряется в ваттах на кубический метр.

Сопротивление излучению вызвано образованием электромагнитных волн вокруг проводника. Это сопротивление находится в сложной зависимости от формы и размеров проводника, от длины излучаемой волны. Для одиночного прямолинейного проводника, в котором везде ток одного направления и силы, и длина которых L значительно меньше длины излучаемой им электромагнитной волны

Зависимость сопротивления от длины волны и проводника относительно проста:

Наиболее применяемому электрическому току со стандартной частотой 50 ""Гц"" соответствует волна длиной около 6 тысяч километров, именно поэтому мощность излучения обычно пренебрежительно мала по сравнению с мощностью тепловых потерь. Однако, с увеличением частоты тока длина излучаемой волны уменьшается, соответственно возрастает мощность излучения. Проводник, способный излучать заметную энергию, называется антенной.

Частота

Понятие частоты относится к переменному току, периодически изменяющему силу и/или направление. Сюда же относится наиболее часто применяемый ток, изменяющийся по синусоидальному закону.

Период переменного тока - наименьший промежуток времени (выраженный в секундах), через который изменения силы тока (и напряжения) повторяются. Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частота. Частота измеряется в герцах, один герц (Гц) соответствует одному периоду в секунду.

Ток смещения

Иногда для удобства вводят понятие тока смещения. В уравнениях Максвелла ток смещения присутствует на равных правах с током, вызванным движением зарядов. Интенсивность магнитного поля зависит от полного электрического тока, равного сумме тока проводимости и тока смещения. По определению, плотность тока смещения

Векторная величина, пропорциональная скорости изменения электрического поля

во времени:

Дело в том, что при изменении электрического поля, также как и при протекании тока, происходит генерация магнитного поля, что делает эти два процесса похожими друг на друга. Кроме того, изменение электрического поля обычно сопровождается переносом энергии. Например, при зарядке и разрядке конденсатора, несмотря на то, что между его обкладками не происходит движения заряженных частиц, говорят о протекании через него тока смещения, переносящего некоторую энергию и своеобразным образом замыкающего электрическую цепь. Ток смещения

в конденсаторе определяется по формуле:

Заряд на обкладках конденсатора,

Электрическое напряжение в между обкладками,

Электрическая ёмкость конденсатора.

Ток смещения не является электрическим током, поскольку не связан с перемещением электрического заряда.

Основные типы проводников

В отличие от диэлектриков в проводниках имеются свободные носители нескомпенсированных зарядов, которые под действием силы, как правило разности электрических потенциалов, приходят в движение и создают электрический ток. Вольтамперная характеристика (зависимость силы тока от напряжения) является важнейшей характеристикой проводника. Для металлических проводников и электролитов она имеет простейший вид: сила тока прямо пропорциональна напряжению (закон Ома).

Металлы - здесь носителями тока являются электроны проводимости, которые принято рассматривать как электронный газ, отчётливо проявляющий квантовые свойства вырожденного газа.

Плазма - ионизированный газ. Электрический заряд переносится ионами (положительными и отрицательными) и свободными электронами, которые образуются под действием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского и других) и (или) нагревания.

Электролиты - жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение электрического тока. Ионы образуются в процессе электролитической диссоциации. При нагревании сопротивление электролитов падает из-за увеличения числа молекул, разложившихся на ионы. В результате прохождения тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются, оседая на них. Законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, выделившегося на электродах.

Существует также электрический ток электронов в вакууме, который используется в электронно-лучевых приборах.

Электрические токи в природе

Атмосферное электричество - электричество, которое содержится в воздухе. Впервые показал присутствие электричества в воздухе и объяснил причину грома и молнии Бенджамин Франклин.

В дальнейшем было установлено, что электричество накапливается в сгущении паров в верхних слоях атмосферы, и указаны следующие законы, которым следует атмосферное электричество:

• при ясном небе, так же как и при облачном, электричество атмосферы всегда положительное, если на некотором расстоянии от места наблюдения не идёт дождь, град или снег;
• напряжение электричества облаков становится достаточно сильным для выделения его из окружающей среды лишь тогда, когда облачные пары сгущаются в дождевые капли, доказательством чего может служить то, что разрядов молний не бывает без дождя, снега или града в месте наблюдения, исключая возвратный удар молнии;
• атмосферное электричество увеличивается по мере возрастания влажности и достигает максимума при падении дождя, града и снега;
• место, где идёт дождь, является резервуаром положительного электричества, окружённым поясом отрицательного, который, в свою очередь, заключён в пояс положительного. На границах этих поясов напряжение равно нулю.

Движение ионов под действием сил электрического поля формирует в атмосфере вертикальный ток проводимости со средней плотностью, равной около (2÷3)·10 −12 А/м².

Полный ток, текущий на всю поверхность Земли, при этом составляет приблизительно 1800 А.

Молния является естественным искровым электрическим разрядом. Была установлена электрическая природа полярных сияний. Огни святого Эльма - естественный коронный электрический разряд.

Биотоки - движение ионов и электронов играет весьма существенную роль во всех жизненных процессах. Создаваемый при этом биопотенциал существует как на внутриклеточном уровне, так и у отдельных частей тела и органов. Передача нервных импульсов происходит при помощи электрохимических сигналов. Некоторые животные (электрические скаты, электрический угорь) способны накапливать потенциал в несколько сот вольт и используют это для самозащиты.

Применение

При изучении электрического тока было обнаружено множество его свойств, которые позволили найти ему практическое применение в различных областях человеческой деятельности, и даже создать новые области, которые без существования электрического тока были бы невозможны. После того, как электрическому току нашли практическое применение, и по той причине, что электрический ток можно получать различными способами, в промышленной сфере возникло новое понятие - электроэнергетика.

Электрический ток используется как носитель сигналов разной сложности и видов в разных областях (телефон, радио, пульт управления, кнопка дверного замка и так далее).

В некоторых случаях появляются нежелательные электрические токи, например блуждающие токи или ток короткого замыкания.

Использование электрического тока как носителя энергии

• получения механической энергии во всевозможных электродвигателях,
• получения тепловой энергии в нагревательных приборах, электропечах, при электросварке,
• получения световой энергии в осветительных и сигнальных приборах,
• возбуждения электромагнитных колебаний высокой частоты, сверхвысокой частоты и радиоволн,
• получения звука,
• получения различных веществ путём электролиза, зарядка электрических аккумуляторов. Здесь электромагнитная энергия превращается в химическую,
• создания магнитного поля (в электромагнитах).

Использование электрического тока в медицине

• диагностика - биотоки здоровых и больных органов различны, при этом бывает возможно определить болезнь, её причины и назначить лечение. Раздел физиологии, изучающий электрические явления в организме называется электрофизиология.
  • Электроэнцефалография - метод исследования функционального состояния головного мозга.
  • Электрокардиография - методика регистрации и исследования электрических полей при работе сердца.
  • Электрогастрография - метод исследования моторной деятельности желудка.
  • Электромиография - метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах.
• Лечение и реанимация: электростимуляции определённых областей головного мозга; лечение болезнь болезни Паркинсона и эпилепсии, также для электрофореза. Водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии и иных сердечных аритмиях.

Электробезопасность

Включает в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Правила электробезопасности регламентируются правовыми и техническими документами, нормативно-технической базой. Знание основ электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование. Тело человека является проводником электрического тока. Сопротивление человека при сухой и неповрежденной коже колеблется от 3 до 100 кОм.

Ток, пропущенный через организм человека или животного, производит следующие действия:

• термическое (ожоги, нагрев и повреждение кровеносных сосудов);
• электролитическое (разложение крови, нарушение физико-химического состава);
• биологическое (раздражение и возбуждение тканей организма, судороги)
• механическое (разрыв кровеносных сосудов под действием давления пара, полученного нагревом током крови)

Основным фактором, обуславливающим исход поражения током, является величина тока, проходящего через тело человека. По технике безопасности электрический ток классифицируется следующим образом:

• ""безопасным"" считается ток, длительное прохождение которого через организм человека не причиняет ему вреда и не вызывает никаких ощущений, его величина не превышает 50 мкА (переменный ток 50 Гц) и 100 мкА постоянного тока;
• ""минимально ощутимый"" человеком переменный ток составляет около 0,6-1,5 мА (переменный ток 50 Гц) и 5-7 мА постоянного тока;
• пороговым ""неотпускающим"" называется минимальный ток такой силы, при которой человек уже неспособен усилием воли оторвать руки от токоведущей части. Для переменного тока это около 10-15 мА, для постоянного - 50-80 мА;
• ""фибрилляционным порогом"" называется сила переменного тока (50 Гц) около 100 мА и 300 мА постоянного тока, воздействие которого дольше 0,5 с с большой вероятностью вызывает фибрилляцию сердечных мышц. Этот порог одновременно считается условно смертельным для человека.

В России в соответствии c Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (Приказ Минэнерго РФ от 13.01.2003 № 6 «Об утверждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей») и Правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок (Приказ Минэнерго РФ от 27.12.2000 N 163 «Об утверждении Межотраслевых правил по охране труда (правил безопасности) при эксплуатации электроустановок»), установлено 5 квалификационных групп по электробезопасности в зависимости от квалификации и стажа работника и напряжения электроустановок.

Примечания

• Баумгарт К. К., Электрический ток.
• А.С. Касаткин. Электротехника.
• Ю.Г. Синдеев. Электротехника с элементами электроники.

17 августа 2016 в 21:31

Физика в мире животных: электрический угорь и его «энергостанция»

• Научно-популярное ,
• Биотехнологии ,
• Физика ,
• Экология

Электрический угорь (Источник: youtube)

Рыба вида электрический угорь (Electrophorus electricus) - единственный представитель рода электрических угрей (Electrophorus). Встречается он в ряде приток среднего и нижнего течения Амазонки. Размер тела рыбы достигает 2,5 метра в длину, а вес - 20 кг. Питается электрический угорь рыбой, земноводными, если повезет - птицами или мелкими млекопитающими. Ученые изучают электрического угря десятки (если не сотни) лет, но только сейчас начали проясняться некоторые особенности строения его тела и ряда органов.

Причем способность вырабатывать электричество - не единственная необычная черта электрического угря. К примеру, дышит он атмосферным воздухом. Это возможно благодаря большому количеству особого вида ткани ротовой полости, пронизанной кровеносными сосудами. Для дыхания угрю нужно каждые 15 минут всплывать к поверхности. Из воды кислород брать он не может, поскольку обитает он в очень мутных и мелких водоемах, где очень мало кислорода. Но, конечно, главная отличительная черта электрического угря - это его электрические органы.

Они играют роль не только оружия для оглушения или убийства его жертв, которыми угорь питается. Разряд, генерируемый электрическими органами рыбы, может быть и слабым, до 10 В. Такие разряды угорь генерирует для электролокации. Дело в том, что у рыбы есть специальные «электрорецепторы», которые позволяют определять искажения электрического поля, вызываемые его собственным телом. Электролокация помогает угрю находить путь в мутной воде и находить спрятавшихся жертв. Угорь может дать сильный разряд электричества, и в это время затаившаяся рыба или земноводное начинает хаотично дергаться из-за судорог. Эти колебания хищник без труда обнаруживает и съедает жертву. Таким образом, эта рыба является одновременно и электрорецептивной и электрогенной.

Интересно, что разряды различной силы угорь генерирует при помощи электрических органов трех типов. Они занимают примерно 4/5 длины рыбы. Высокое напряжение вырабатывают органы Хантера и Мена, а небольшие токи для навигационных целей и коммуникационных целей генерирует орган Сакса. Главный орган и орган Хантера размещаются в нижней части тела угря, орган Сакса - в хвосте. Угри «общаются» между собой при помощи электрических сигналов на расстоянии до семи метров. Определенной серией электрических разрядов они могут привлекать к себе других особей своего вида.

Как электрический угорь генерирует электрический разряд?

Угри этого вида, как и ряд других «электрифицированных» рыб воспроизводят электричество тем же образом, что и нервы с мышцами в организмах других животных, только для этого используются электроциты - специализированные клетки. Задача выполняется при помощи фермента Na-K-АТФазы (кстати, этот же фермент очень важен и для (лат. Nautilus)). Благодаря ферменту образуется ионный насос, выкачивающий из клетки ионы натрия, и закачивающий ионы калия. Калий выводится из клеток благодаря специальным белкам, входящих в состав мембраны. Они образуют своеобразный «калиевый канал», через который и выводятся ионы калия. Внутри клетки скапливаются положительно заряженные ионы, снаружи - отрицательно заряженные. Возникает электрический градиент .

Разница потенциалов в результате достигает 70 мВ. В мембране той же клетки электрического органа угря есть и натриевые каналы, через которые ионы натрия могут снова попасть в клетку. В обычных условиях за 1 секунду насос выводит из клетки около 200 ионов натрия и одновременно переносит в клетку приблизительно 130 ионов калия. На квадратном микрометре мембраны может разместиться 100- 200 таких насосов. Обычно эти каналы закрыты, но в случае необходимости они открываются. Если это произошло, градиент химического потенциала приводит к тому, что ионы натрия снова поступают в клетки. Происходит общее изменение напряжения от -70 до +60 мВ, и клетка дает разряд в 130 мВ. Продолжительность процесса - всего 1 мс. Электрические клетки соединяются между собой нервными волокнами, соединение - последовательное. Электроциты составляют своеобразные столбики, которые соединяются уже параллельно. Общее напряжение генерируемого электрического сигнала достигает 650 В, сила тока - 1А. По некоторым данным, напряжение может достигать даже 1000 В, а сила тока - 2А.

Электроциты (электрические клетки) угря под микроскопом

После разряда снова действует ионный насос, и электрические органы угря заряжаются. По мнению некоторых ученых, насчитывается 7 типов ионных каналов мембраны клеток электроцитов. Расположение этих каналов и чередование типов каналов влияет на скорость производства электричества.

Разряд электрической батареи

По результатам исследования Кеннета Катания (Kenneth Catania) из Университета Вандербильта (США), угорь может использовать три типа разряда своего электрического органа. Первый, как и упоминалось выше - это серия низковольтных импульсов, которые служат для коммуникации и навигационных целей.

Второй - последовательность из 2-3 высоковольтных импульсов продолжительностью несколько миллисекунд. Этот способ используется угрем при охоте на спрятавшуюся и затаившуюся жертву. Как только дано 2-3 разряда высокого напряжения, мышцы затаившейся жертвы начинают сокращаться, и угорь может без труда обнаружить потенциальную еду.

Третий способ - ряд высоковольтных высокочастотных разрядов. Третий способ угорь использует при охоте, выдавая за секунду до 400 импульсов. Этот способ парализует практически любое животное небольшого и среднего размера (даже человека) на расстоянии до 3 метров.

Кто еще способен вырабатывать электрический ток?

Из рыб на это способны около 250 видов. У большинства электричество - лишь средство навигации, как, например, в случае слоника нильского (Gnathonemus petersii).

Но электрический разряд чувствительной силы способны генерировать немногие рыбы. Это электрические скаты (ряд видов), электрический сом и некоторые другие.

Электрический сом (