Первичное действие постоянного тока на биологические ткани
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
И ДЕЙСТВИЕ ЕГО НА ОРГАНИЗМ
Цель работы: экспериментальное определение удельного сопротивления металла. Изучение устройства и принципа работы аппарата «Поток –1».
Задачи работы: 1) определение удельного сопротивления металла; 2) расчет погрешности определения удельного сопротивления и сравнение полученного результата с табличным значением; 3) измерение пороговой силы тока; 4) вычисление пороговой плотности тока.
Обеспечивающие средства: установка для определения удельного сопротивления проволоки; микрометр; аппарат для гальванизации «Поток-1».
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Часть I. Удельное сопротивление проводника
Электрическим током называется направленное, упорядоченное движение заряженных тел или частиц (электронов, ионов и т.д.).
Численной характеристикой тока является сила тока I – заряд q, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени:
. (1)
Единица измерения силы тока в системе СИ – ампер (А).
Плотность тока j – сила тока через единичное сечение, характеризует распределение тока по сечению проводника:
или 
. (2)
Единица измерения плотности тока в системе СИ – ампер на квадратный метр (А/м2).
Электрический ток возникает при наличии разности потенциалов (напряжения) U на концах проводника. Единица измерения напряжения в системе СИ – вольт (В).
Среда, в которой движутся заряды, оказывает сопротивление току. Согласно классическим представлениям электрическое сопротивление металлов обусловлено столкновениями свободных носителей заряда (электронов) с частицами, образующими структурную кристаллическую решетку (ионами металла).
По закону Ома для участка электрической цепи сила тока I, напряжение U и сопротивление участка R связаны соотношением
. (3)
Если участок цепи представляет собой проводник, то его электрическое сопротивление R определяется как
, (4)
где L - длина отрезка проволоки, S - площадь поперечного сечения, r - удельное сопротивление материала проводника, отсюда
.(5)
В системе СИ единица измерения сопротивления – ом (Ом), удельного сопротивления – ом × метр (Ом × м).
Выразим сопротивление R из закона Ома (3) и подставим в уравнение (5)
. (6)
Для проволоки круглого сечения 
, где r - радиус, d - диаметр сечения, следовательно:
. (7)
Величина, обратная сопротивлению, называется электропроводностью (электрической проводимостью) G:
, (8)
удельная электропроводность (удельная электропроводимость) g обратна удельному сопротивлению:
. (9)
Часть II. Действие постоянного тока на организм
Первичное действие постоянного тока на биологические ткани
Биологические жидкости являются электролитами, электропроводимость которых имеет сходство с электропроводимостью металлов: в обеих средах, в отличие от газов, носители тока существуют независимо от наличия электрического поля.
Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах.
Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей.
Постоянный электрический ток вызывает в тканях организма следующие физико-химические эффекты: электролиз, поляризацию, электродиффузию и электроосмос.
Перемещение ионов под действием постоянного электрического тока вызывает изменение их соотношения в клетках и межклеточном пространстве. Такие сдвиги изменяют поляризацию возбудимых тканей.
Наряду с перемещением ионов электрический ток изменяет проницаемость мембран возбудимых тканей и увеличивает пассивный транспорт крупных белковых молекул (амфолитов) и других веществ (явление электродиффузии).
Под действием электрического поля в тканях возникает разнонаправленное движение молекул свободной и захваченной в гидратные оболочки ионов (главным образом Na+, K+, Cl-) воды примембранного слоя относительно клеток. Из-за того, что количество молекул воды в гидратных оболочках катионов больше, чем у анионов, содержание воды под катодом увеличивается, а под анодом – уменьшается (электроосмос).