Особенности электропроводности композиционных биологических сред (органов и тканей); дисперсия электропроводности. Компартментализация субклеточной среды
1. Очень сложная организация биологического объекта.
2. Реакции синтеза и распада.
3. Способность воспроизведения себе подобных (репродуктивная способность).
Информация, которая имеется о биологических средах относится к знаниям биологического строения отдельных молекул, клеток и т.д., нежели о природе квантово-механических явлений.
Обнаружено, что электропроводность биологических сред обусловлена их композиционными свойствами, то есть тех, что они одновременно состоят из диэлектриков и проводников. Проводниками являются электролиты, все физиологические жидкости, цитозоль.
Диэлектриками являются биологические ткани, кости, нервные ткани, сухожилия и т.д., в том числе биологические мембраны клетки.
Компартмент – капсула из биологических мембран, в которой находиться проводник цитозоль, а стенками является диэлектрик.
Носителями зарядов являются ионы натрия, калия. Концентрация может достигать 1016см-3, подвижность 10-3 см2/Вс. Объём мембраны составляют 50% от массы клетки, поэтому электропроводность живых сред имеют зависимость от частоты.
1 – мозг кролика
2 – печень крысы
- емкость сопротивления.
Были проведены опыты, в которых было обнаружено, что повреждение биологических мембран приводило к исчезновению этой частотной зависимости. Было обнаружено так же, что некоторые молекулы биологических сред проявляют аналогично тому, как это осуществляется в полупроводниковых материалах донорные, либо акцепторные свойства.
Механизмы поляризации диэлектриков. Относительная диэлектрическая проницаемость.
Поляризация - смещение связанных зарядов в диэлектрике под действием эл. поля, на огран. расст.
| Мгновенная | Замедленная |
| Электронная, ионная(хар-ся миним. временем релаксации и происходят упруго, без потери энергии) | Электронно- и ионно- релаксациооные( сопровождаются потерями энергии)в ионной-смещение ионов происходит на раст. больше постоянной крист. решетки |
| Дипольно рел.-для диэл с дипольным строением, и состоит в ориентации диполей в направлении поля. | |
| Структурная. У диэл с неоднородной структурой(сложные компазиционные материалы) |
Относительная диэлектрическая проницаемость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля.
Классификация диэлектриков по особенностям поляризации (полярные, неполярные, линейные, нелинейные). Частотные и температурные зависимости относительной диэлектрической проницаемости полярных и неполярных диэлектриков.
Любая молекула содержит в себе полож. и отриц. заряды. Если пространственно центры тяжести + и – зарядов совпадают, то такая молекула является неполярной, а диэлектрик состоящий из неполярных молекул, неполярным диэлектриком. Если центры тяжести не совпадают в пространстве, то такая молекула имеет вид диполя, а диэлектрик состоящий из таких молекул – полярный диэлектрик. Для неполярных диэл-в имеет место электронная и ионная поляр-я, в полярном диэлектрике кроме мгновенных видов поляризации имеются и релаксационные. ε<=3 – неполярные, ε>3 – полярные. К линейным относятся такие диэлектрики, у которых ε не зависит от напряженности элек. поля, а заряд конденсатора с таким диэлектриком увеличивается пропорцион. напряженности эл. поля. У линейного неполярного диэлектрика имеются только мгновенные виды поляризации, которые проходят без потерь. У линейных полярных диэлектриков наблюдаются релаксац-е виды поляризации, которые сопровождаются потерями энергии.
На рис. А и Б приведены зависимости диэлектрической проницаемости от температуры, характерные для неполярных диэлектриков, на рис. В – для полярных. На рис. Г приведена частотная зависимость диэлектрической проницаемости.