Меню

Электрические угри как вырабатывают ток

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


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 моллюсков рода наутилус (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.

Читайте также:  Найдите распределение сил токов в цепи если амперметр показывает 11а


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 (Источник: Wikipedia)

Джейсон Гэллент с коллегами провели секвенсирование генома ряда рыб с электрическими органами, и выяснили, что многие из изученных ими видов не являются родственниками. «Изобретение» природой электрических органов у рыб шло параллельно, но строение батарей очень схоже у всех. Всего ученые насчитали 6 независимых друг от друга эволюционных линий, приведших к появлению электрических органов. Пожалуй, электрический угорь является одним из видов рыб, которые используют этот орган наиболее искусно.


Источник: animalpicturesociety.com

Источник



Как вырабатывают электричество электрические угри

Электрический угорь - обитатель Южной Америки

  • Как вырабатывают электричество электрические угри
  • Как добыть электричество
  • Как выработать ток

Электрический угорь накапливает значительные заряды электричества, разряды которого использует для охоты и обороны от хищников. Но угорь — не единственная рыба, производящая электричество.

Электрические рыбы

Помимо электрических угрей, огромное количество пресноводных и морских рыб способны генерировать электричество. Всего насчитывается около трехсот таких видов из различных неродственных семейств.

Большинство «электрических» рыб используют электрическое поле для навигации или нахождения добычи, но отдельные представители располагают более серьезными зарядами.

Электрические скаты — хрящевые рыбы, родичи акул, в зависимости от вида могут имеют напряжение заряда от 50 до 200 В, сила тока при этом достигает 30 А. Подобный заряд может поразить довольно крупную добычу.

Электрические сомы — пресноводные рыбы, достигают 1 метра в длину, вес не превышает 25 кг. Несмотря на относительно скромные размеры, электрический сом способен выработать 350-450 В, при силе тока в 0,1-0,5 А.

Электрические органы

Упомянутые рыбы проявляют необычные способности благодаря видоизмененным мышцам — электрическому органу. У различных рыб это образование имеет различное строение и размер, и расположение, например, у электрического угря оно размещается по обе стороны вдоль тела и составляет около 25% массы рыбы.

Любой электрический орган состоит из электрических пластинок — видоизмененных нервных и мышечных клеток, мембраны которых и создают разность потенциалов.

Электрические пластинки, соединенные последовательно, собраны в столбики, которые параллельно соединенны между собой. Разность потенциалов, вырабатываемая пластинками накапливается на противоположных концах электрического органа. Остается только активировать его.

Электрический угорь, например, изгибается, и между положительно заряженной передней частью тела и отрицательно заряженной задней проскакивает серия электрических разрядов, поражая жертву.

Источник

Электрический угорь вдохновил учёных на создание нового элемента питания

Электрический угорь – поистине удивительное существо. Когда натуралисты впервые столкнулись с ним в XVIII веке, то даже не сразу поверили, что эта рыба наносит своим жертвам удар электрическим током. Однако против фактов не попрёшь. И вот спустя два с половиной столетия учёные вдохновились электрическим угрём для того, чтобы создать принципиально новый элемент питания, который в будущем можно будет использовать в носимой электронике, а также при изготовлении «умной одежды».

Читайте также:  Формул физики постоянный ток

Электрический угорь вдохновил учёных на создание нового элемента питания

Электрические органы занимают около 4/5 всей длины тела угря. Эта рыба способна генерировать разряд напряжением до 1300 вольт и силой тока до 1 ампера. Положительный заряд находится в передней части тела, а отрицательный – в задней. Электрические органы используются угрями для защиты от врагов, а также для обездвиживания жертв, которых угри употребляют в пищу. В основном это некрупные рыбы, хотя такой удар током вполне способен оглушить даже лошадь. Среди всех представителей фауны заряд такой силы способны произвести только электрические угри и скаты. Человека подобный заряд может парализовать и даже убить.

Электрические органы угрей состоят из многочисленных собранных в столбики электрических пластинок, которые представляют собой видоизменённые и уплощенные мышечные, нервные и железистые клетки. Между мембранами этих клеток и генерируется разность потенциалов. У угря в организме 70 горизонтально размещённых столбиков по 6000 пластинок в каждом. Пластинки в каждом столбике соединены последовательно, а электрические столбики между собой – параллельно.

Электрический угорь вдохновил учёных на создание нового элемента питания

По подобию электрических угрей учёные из шанхайского Университета Фудань создали эластичные волокна, которые вполне можно вплетать в одежду или использовать в качестве источника питания носимой электроники. Волокна эти производят достаточно энергии, чтобы питать источники света или электронные гаджеты. Это не первый случай, когда исследователи находят своё вдохновение в живой природе, но от этого результаты их экспериментов не выглядят менее впечатляющими.

Полученные волокна представляют собой некое подобие конденсаторов, которые способны высвобождать энергию гораздо быстрее, нежели традиционные батареи, однако их ёмкость при этом крайне невелика. Первые образцы волокон были получены путём оборачивания листа из углеродных нанотрубок вокруг резинового стержня толщиной в 500 микрон. Нанотрубки не полностью покрывают резиновый сердечник, оголяя его поверхность с определённым шагом. Благодаря этому волокно состоит из проводящих электричество и изолирующих сегментов. Получившиеся в итоге волокна исследователи покрыли проводящим электролитным гелем.

Чем большее число последовательных проводящих и изоляционных сегментов насчитывает волокно, тем большее напряжение оно способно сгенерировать. К примеру, волокно длиной 12 метров способно создать напряжение около 1000 вольт, о чём исследователи сообщили в своей публикации в журнале Advanced Materials ещё 14 января. Предыдущие попытки воспроизвести ткани электрических угрей предполагали использование металлических проводов в качестве сердечников, поэтому получавшиеся волокна не были достаточно гибки для их широкого использования в промышленности.

Волокна на основе резиновых сердечников вполне годятся для создания принципиально новых материалов, таких как эластичная ткань с вплетёнными в неё элементами питания. Во время исследований учёным уже удалось создать браслет, который самостоятельно питал электронные часы, а также футболку, которая обеспечивала энергией встроенные в неё 57 светодиодов. В будущем подобная технология вполне может стать неотъемлемой частью нашего быта. А пока остаётся лишь ждать и надеяться, что у учёных получится найти инвесторов для скорейшего вывода своего изобретения на рынок.

Источник

Как угорь и скат вырабатывают электричество?

Как угорь и скат вырабатывают электричество?

Рыба

  1. Кто вырабатывает электричество?
  2. Как рыбы вырабатывают электричество?
  3. Как рыбы бьют током?
  4. Опасны ли электрические рыбы человеку?
  5. Электрический угорь
  6. Электрический скат

В глубинах морей и океанов обитает большое количество удивительных существ, среди которых скат и угорь. Эти создания прославились тем, что для защиты и охоты используют электричество. Однако большинство людей и представить не могут, каким образом живой организм способен выполнять роль мощной батареи.

Кто вырабатывает электричество?

Сразу в качестве интересного факта стоит отметить, что электричество вырабатывают все рыбы, просто 99% видов генерируют очень слабые заряды, не ощутимые при взаимодействии. Морские существа способны вырабатывать электричество благодаря особому устройству мышц, которые вырабатывают и накапливают электричество.

Читайте также:  Физическая величина характеризующая способность проводника препятствовать изменению тока

Некоторые виды в процессе эволюции научились аккумулировать большие заряды и бить ими противника. Наиболее преуспели в этом занятии скаты, угри, звездочеты, гимнархи, а также отдельный вид сомов.

Нильский гимнарх

Нильский гимнарх

Как рыбы вырабатывают электричество?

Все виды электрических морских существ вырабатывают электричество во время движения. За счет того, что мышцы постоянно меняют свою форму и взаимодействуют с окружением, они накапливают электричество. При этом, голова и хвост выступают в роли плюса и минуса соответственно. Это помогает удерживать заряд в мышцах, словно в батареи.

Подробнее разберем, что представляют собой мышцы для накапливания зарядов. Они могут отличаться внешне у каждого вида рыбы, но имеют схожую структуру. Мышцы состоят из столбиков, которые, в свою очередь, разбиты на пластины. Для накапливания электричества столбики соединены параллельно, а пластины последовательно. Между ними находится разность потенциалов, из-за чего при движении аккумулируется энергия, происходит накопление заряда.

Расположение электрических органов у электрического ската

Расположение электрических органов у электрического ската

Как рыбы бьют током?

Удар током осуществляется с помощью импульсов. Рыба целенаправленно бьет ими жертву. Некоторые виды намеренно испускают в жертву примерно 500 импульсов, чтобы окончательно поразить противника. Соответственно, удары являются осознанными и направленными, нельзя получить заряд, просто дотронувшись до рыбы.

В большинстве случаев используют свое “оружие” рыбы только при прямом контакте с жертвой. В определенных ситуациях могут пустить ток на небольших расстояниях, чтобы отогнать более крупного хищника.

У вышеперечисленных рыб разность потенциалов, развиваемая на концах электрических органов, может достигать 1200 вольт (электрический угорь), а мощность разряда в импульсе от 1 до 6 киловатт (электрический скат Torpedo nobiliana).

Электрический скат Torpedo nobiliana

Электрический скат Torpedo nobiliana

Опасны ли электрические рыбы человеку?

Даже слабый заряд при подобных параметрах может серьезно повредить здоровью человека, особенно на глубине. Бывали случаи, когда выброшенные на берег рыбы буквально сбивали людей на землю при контакте, из-за чего срочно требовалось врачебное вмешательство.

Электрический угорь

Электрические угри обитают в Южной Америке, в реках, и охотятся на мелкую рыбу. Взрослые особи вырастают в длину от 1 до 3 метров, но даже они нередко становятся жертвами местных хищников. Из-за этого угри вынуждены использовать электричество не только для охоты, но и для обороны.

Электрический угорь

Электрический угорь

Мышцы для накопления энергии, которые также часто называются “электрические органы”, располагаются вдоль позвоночника и составляют примерно 80% от общей массы угря. Заряд постепенно накапливается в специальных пузырчатых складках, после чего в нужный момент распространяется в пространстве, поражая все живое в радиусе. Данным способом рыба парализует жертву, после чего может приниматься за поедание.

Чтобы ток ударил существо, оно должно находиться как можно ближе. Но бывали ситуации, когда рыбаки ловили угря на крючок и получали разряд без контакта с ним: ток проходил по леске вверх и бил сразу, как только человек до нее дотрагивался.

Электрический скат

Данный вид существ знаменит не только способностью вырабатывать электричество, но и своей приплюснутой формой, напоминающей небольшое полотенце. Они обитают преимущественно на дне океанов и достигают 180см в длину.

Электрический скат

Электрический скат

Электрическую энергию скаты накапливают по всему телу за счет сокращения мышц. Даже юные особи способны бить током с напряжением от 8В. Это помогает охотиться и обездвиживать маленькую рыбу.

О свойствах скатов знали еще в Древнем Египте. Местные врачи использовали легкие удары током юных особей в медицинских целях. Считалось, что небольшие разряды помогают человеку избавиться от болезней.

Все рыбы способны вырабатывать электричество, но только скаты, угри и несколько других видов могут аккумулировать ее в больших количествах. Это возможно благодаря определенному строению мышц, которые могут накапливать ток при движении.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник