Напряженность электрического поля

[Alexey Lk]

Всем доброго утра! Я биолог и я не слишком хорошо разбираюсь в физике, поэтому мой вопрос может показаться немного наивным. Мой вопрос имеет отношение к основам электродинамики. Имеется следущий эксперимент. В маленькой ванночке, заполненной минеральным маслом, помещен нерв длинной 8 мм. По обе стороны от нерва располагаются платиновые электроды – анод и катод. На участке нерва, близкой к аноду, сделана метка маркера, который является катионом. При пропускании тока мощностью 40V/см должна идти диффузия маркера (который представляет из себя катион) вдоль нерва от анода к катоду. Размеры платиновых электродов – 20 мм на 10мм.

Вопрос – а если я заменю платиновые электроды на стальные или медные – изменится ли значение напряженности электрического поля? Влиет ли материал электрода на значение напряженности поля?

И еще - насколько я понял напряженность поля не зависит от силы тока? Просто у меня выбор - взять два блока питания на 48 вольт с разным числом ампер на выходе - на значении напряженности поля это не должно сказатся? Любой блок на 48 вольт подойдет?

Буду очень благодарен за ответы))

[nds]

Платина - инертный металл. Железо и медь будут окисляться и могут испортить вам картину диффузии.
На напряжённость поля материал электродов не влияет.
Блок питания вам подойдет скорее всего любой (с любым числом ампер). Ток зависит от проводимости нерва. Амперы, наверно, для нерва это слишком.

[wrest]

Материал электродов на напряженность не влияет, но вероятно влияет на что-то другое, например железо будет реагировать с чем-то и испортит вам опыт изменив химические и/или электрические свойства нерва. Если электроды не касаются нерва, а только касаются масла (погружены в масло), то разницы быть наверное не должно. Но возможно лучше взять что-то менее химически и биологически активное чем железо и медь.

К блоку питания в вашем случае требование такое: он должен поддерживать напряжение не при больших токах а наоборот, на холостом ходу и при небольших токах. Некоторые конструкции просто не включаются если нет нагрузки.

[Alexey Lk]

Спасибо за ответ! Да сталь будет окисляться, но это неизбежное зло. Нерв мертвый, он нужен лишь в качестве удобного объекта так как смысл опыта - разогнать катион вдоль мембраны (он диффундирует в липидном бислое), у нерва протяженная мембрана поэтому он и удобен.

И еще один элементарный вопрос, просто не хочу ошибиться на самом простом - анод соответсвенно должен быть подключен к положительному полюсу на блоке питания, в таком случае катион будет двигатся от анода к катоду?

[nds]

Катион (если он заряжен положительно) будет двигаться к отрицательному электроду.
Если электроды не касаются нерва, то поля вдоль нерва не будет.
Соответственно (электроды должны касаться нерва) из железного анода вместе с катионами будут двигаться и ионы железа.

[Walker_XXI]

nds в сообщении #1302033 писал(а):

Если электроды не касаются нерва, то поля вдоль нерва не будет.

Неужели электропроводность нерва столь хороша, что всё закоротит?

[Alexey Lk]

Так а вот это проблема. Если электрод будет касатся нерва - то нерв деградирует на электроде, это факт. Как мне добится поля вдоль нерва что бы при это электроды не касались нерва? Там ток нужно подавать 12 часов подряд минимум. И есть ли простые способы достоверно зафиксировать электрическое поле между электродами? Может тестер использовать или что то подобное?

[Walker_XXI]

Alexey Lk в сообщении #1302053 писал(а):

Так а вот это проблема. Если электрод будет касатся нерва - то нерв деградирует на электроде, это факт

Какова электропроводность нерва? Если он не является хорошим проводником, то поле вдоль нерва никуда не денется, будет и без касания нерва электродами. Наличие поля обнаруживается именно дрейфом катиона (или любого другого пробного заряда).

[wrest]

Alexey Lk в сообщении #1302053 писал(а):

И есть ли простые способы достоверно зафиксировать электрическое поле между электродами?

Нет, простых нет. Если нерв убрать, и известны электрические характеристики наполнителя (масла), то достаточно померить (вольтметром) напряжение между электродами. Если электроды большие, т.е. пластины у которых размеры заметно больше зазора, то поле будет однородное между пластинами на расстоянии бОльшем зазора от краев. Если пластины небольшие (сравнимые по размерам с зазором), то поле будет однородное на линии соединяющей центры пластин (тогда нерв надо помещать на эту линию). Напряженность поля в диэлектрике ослабляется пропорционально диэлектрической проницаемости. То есть, если ваши электроды помещены в воздухе на расстояние 1 см и между ними напряжение 40 вольт (подключены к блоку питания напряжением 40 вольт), то напряженность электрического поля в пространстве между электродами будет 40 вольт на сантиметр (с учетом ранее сделанных оговорок: если пластины большие, то такое поле будет внутри между пластинами "вдалеке" от краев, если небольшие, то только на линии соединяющей центры пластин).
Если относительная диэлектрическая проницаемость заполнителя (масла), скажем равна 2, то напряженность поля в масле между электродами будет в 2 раза меньше, т.е. 20 вольт на сантиметр.

Что будет с полем внутри нерва если между электродами внести нерв -- будет сильно зависеть от электрических свойств нерва. Если нерв электропроводный, то его концы со временем зарядятся разноименными зарядами, уравновесят поле наводимое электродами, и поля внутри нерва не будет (будет нулевое).

Но это вам и надо: какое-то время ионы (катионы) с одного конца будут двигаться ко второму. Дальше вам виднее: если других подвижных зарядов в нерве кроме помещенных туда вами ионов (катионов) нет, то все будет как вы хотите.

[Alexey Lk]

Спасибо за ответы) поискал данные о диэлектрической проницаемости масла но производитель даже формулу не дает, так что придется это проверять уже непосредственно в эксперименте. Кстати подозреваю что минеральное масло можно будет без проблем заменить на обычное подсолнечное.

Неясным остался вопрос - если электроды не подсоединены непосредственно к нерву - возникнет между ними поле или нет, или мне нужно будет замкнуть в любом случае цепь? нельзя ли эту цепь замкнуть как то иначе чем непосредственно через нерв - он точно не выдержит таких нагрузок.

[EUgeneUS]

Alexey Lk в сообщении #1302110 писал(а):

Неясным остался вопрос - если электроды не подсоединены непосредственно к нерву - возникнет между ними поле или нет, или мне нужно будет замкнуть в любом случае цепь?

1. Если у Вас между электродами есть разность потенциалов АКА напряжение, то поле между ними в любом случае будет. Причем такое, что как бы Вы не тащили пробный заряд, по любому пути между электродами, он получит одну и ту же энергию, равную $Uq$.

2. Если у Вас между электродами лежит кусок чего-то, но электродов не касается, при этом у этого чего-то проводимость не нулевая (сопротивление не бесконечное), то рано или поздно заряды в этом "куске чего-то" распределятся так, что ВНУТРИ куска поле будет нулевое. "Рано или поздно" - зависит от проводимости, ёмкости и индуктивности куска.

[Alexey Lk]

Ясно, выходит цепь замыкать непосредственно на нерв необязательно, достаточно просто погрузить электроды, подключенные к блоку питания, в масло и подать ток - а дальше уже просто ждать пока метка-катион достигнет катода?

[EUgeneUS]

Alexey Lk
Это если в этом нерве нет других свободных носителей заряда, кроме метки-катиона, что вряд ли.

[Alexey Lk]

EUgeneUS в сообщении #1302115 писал(а):

Alexey Lk
Это если в этом нерве нет других свободных носителей заряда, кроме метки-катиона, что вряд ли.

Даже если есть другие свободные носители заряда это неважно, метка флуоресцентная, только ее и будет видно в люминесцентном свете. Цель ведь какая - разогнать метку вдоль мембраны - для этого и нужно поле.

-- 06.04.2018, 18:21 --

В общем я пока понял из ответов что если цепь не замыкать на нерв - то ее надо замкнуть на что то другое?

[EUgeneUS]

Alexey Lk в сообщении #1302118 писал(а):

В общем я пока понял из ответов что если цепь не замыкать на нерв - то ее надо замкнуть на что то другое?

нет

Alexey Lk в сообщении #1302118 писал(а):

Даже если есть другие свободные носители заряда это неважно, метка флуоресцентная, только ее и будет видно в люминесцентном свете. Цель ведь какая - разогнать метку вдоль мембраны - для этого и нужно поле.

Если не пропускать ток через кусок нерва (то есть если его не подключать к обоим электродам). То:
Если в этом куске нерва есть другие свободные носители заряда, то они сместятся так, что внутри нерва поле станет ноль, после чего метка никуда двигаться не будет.