I když je Elektřina v mnoha podobách zajímavým tématem, myšlenkou tohoto kurzu je poskytnout vám dostatek poznatků o tom, jak Elektřina funguje v Neuronu, abyste byli schopni dát smysl pokročilejším možnostem školení. Jako takoví se nedostaneme k pokročilému využití elektřiny, nebo elektroniky, místo toho si probereme základy a pak se odkloníme od běžného přístupu k elektřině, abychom zavedli koncepty potřebné k pochopení toho, jak elektřina funguje v neuronech.
V jádru Elektřiny a Elektroniky, a dokonce i Nervových Potenciálů, leží alespoň teoreticky subatomární částice zvaná elektron. Elektron je záporně nabitý a obíhá kolem jádra atomu, rychlostí asi jako světlo. Drží ho na místě elektroslabá
síla, která je zase způsobena nábojovou přitažlivostí mezi lehkým elektronem a těžšími protony, které u neutronů tvoří jádro atomu. Má se za to, že k elektřině dochází, když se elektrony uvolní z atomu, jehož jsou normálně součástí, a putují mezi ostatními atomy ve stejném shluku.
Vzhledem k tomu, že elektrony se mohou vzdálit od svých původních atomů a mohou být zachyceny jinými atomy, atomy, které mají více elektronů, než je obvyklé, jsou považovány za záporně nabité a atomy, které mají méně elektronů, než je obvyklé, jsou považovány za kladně nabité. Vzhledem k tomu, že elektřina proudí ve směru nejnižšího potenciálu, atomy, které jsou záporně nabité, vybijí své elektrony do atomů, které jsou kladně nabité, pokud meziatomy umožňují přenos elektronů. Říkáme, že elektrony proudí ze záporného náboje do kladného náboje, možná proto, že původní teorie byla, že elektřina je nějaký druh tekutiny.
Atomu, který je nositelem náboje, ať už záporného nebo kladného, říkáme iont. V chemických systémech založených na vodě vzniká mnoho iontů povahou vody, která páčí mnoho běžných chemikálií do jejich komponentních iontů. Pokud má vnější slupka atomu, nazývaná Valence Shell, lichý počet elektronů, má iont obvykle záporný náboj, a pokud má kladný počet elektronů, má iont obvykle kladný náboj. V některých případech je možné oddělit dva valenční elektrony, v takovém případě skončíte s dvojitě kladně nabitým iontem.
Elektrický přenos z iontu do iontu
Schopnost nechat náboj elektřiny putovat z jednoho místa na druhé závisí na odporu zasahujících elektronů k tomu, aby jim někdo ukradl a vyměnil elektrony. Čím jsou elektroslabé síly držící se na elektronech volnější, tím menší odpor k proudění se najde, a tím větší je potenciální tok daný konkrétním zásobníkem elektronů na jedné straně systému a zásobníkem kladně nabitých iontů na straně druhé. Elektrický náboj se měří v Coulombech, kde
Vzhledem k tomu, že Proud se měří v coulombech za sekundu při průchodu bodem, je vlastně jedno, zda se elektrony pohybují nebo ionty pohybují. Ve skutečnosti je podstatou elektroniky, že můžeme postulovat počítadlo toku elektronů, které indikuje elektrickou sílu tlačící ionty. Používáme to při svařování tím, že nutíme kovové ionty přeskakovat z tyče, která se skládá z elektrického vodiče obklopeného tokem, na jiný kus kovu, a tím se spojuje nebo hromadí kov tam, kde dopadá. V Neuronech často musíme měřit iontové proudy tam, kde se specifický iont přenáší přes membránu, a tím ovlivňuje náboj uložený v neuronu.
Elektrický přenos z vysokého do nízkého potenciálu
Aby se elektron mohl pohybovat z jednoho atomu do druhého, je k tomu zapotřebí elektro-hybná síla, která ho tlačí proti odporu zasahujících atomů. Tato síla, měřená ve voltech, je množství energie symbolizované E potřebné k pohybu množství náboje symbolizovaného Q.
Jeden volt je definován jako množství potenciálního rozdílu mezi dvěma body, když je jeden joule energie použit k přesunu jednoho Coulombova náboje z jednoho bodu do druhého. Joul je množství energie potřebné k přesunu objektu o jeden metr proti protichůdné síle jednoho newtonu (0,225 lb).
Vzhledem buď Amperage a napětí, napětí a odpor, nebo Amperage a odpor, můžete vypočítat třetí z těchto tří faktorů, pomocí vzorce, který se nazývá Ohms zákon.
Separace nabíjení přes dielektrikum
Když je odpor dostatečně vysoký, elektrony nemohou proudit přes odolný materiál, nicméně jsou stále vzájemně odpuzovány elektroslabou silou, takže když se najde odpor, který je dostatečně velký na to, aby zastavil tok elektronů, elektrony mají tendenci se shromažďovat na jedné straně materiálu a kladné ionty mají tendenci se shromažďovat na druhé, dokud napětí generované přes materiál nepřekročí jeho dielektrickou konstantu a nezačne proudit proud. Nazýváme tuto tendenci pro vysoký odpor, který má za následek oddělení náboje, kapacitu. Vysoce odporový materiál nazýváme dielektrikum a kapacita náboje kondenzátoru přímo souvisí s velikostí desky na každé straně dielektrika.
Kondenzátory se měří ve Faradech (F) a 1F = 1 Coulomb / 1 Volt
Buněčná membrána jako kondenzátor
Přenášením iontů přes buněčnou membránu, která je vyrobena z vysoce odporových materiálů, dochází k přeměně membrány na dielektrikum kondenzátoru. Jak iontové proudy přidávají nebo odebírají náboj hromadící se uvnitř neuronu, ionty se řadí podél buněčné membrány přitahované k opačně nabitým iontům na druhé straně membrány. Pokud se iont vzdaluje od vlastního typu náboje, kapacita membrány působí tak, že ho urychluje na jeho cestě, pokud dokáže najít pór, nebo iontový kanál, kterým proteče. Aby se však mohl pohybovat směrem k vlastnímu typu náboje, musí být energie spotřebována ve formě napětí, aby proud prošel membránou. Tudíž iontové kanály, které pumpují ionty proti nabíjecímu gradientu membránové kapacity, musí spalovat energii obvykle ve formě ATP.
Jak se náboj hromadí Potenciál mezi vnitřkem membrány a vnějškem membrány se zvětšuje, až dosáhne dielektrické konstanty membrány, v tom okamžiku se membrána depolarizuje. Obvykle to vede ke střelbě buňky. Proto je pochopení kapacity důležité pro pochopení povahy buněčné membrány a toho, jak ovlivňuje střelbu neuronů.