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动物放电给我们的启示_趣味仿生学

时间:2020-02-09百科知识联系我们
动物放电给我们的启示_趣味仿生学

动物放电给我们的启示

电对于人类是如此的重要,不用说大至工农业生产,如果停电,很多机器不能开动,生产就要停顿;就拿小至千家万户的日常生活来说,一旦停电,电灯不能照明,只好又采用蜡烛或油灯等落后的照明方法,很多家用电器都无法使用,冰箱里的食品就会变质,电视机和录像机不能显影,各种电器音响无法播音,深受家庭主妇喜爱的电饭煲、电烤箱、洗衣机、电熨斗、空调、风扇等等都不能工作。

人们认识到电的功能就努力去寻求产生电的方法。远在古代就已观察到摩擦生电的现象。19世纪意大利物理学家伏特用电位上有差别的不同材料制成的化学电池产生了最早的人工电。19世纪30年代末期,英国的格罗夫利用液体或气体作燃料制成燃料电池。20世纪各种发电厂包括火力发电厂、水力发电站和核电站,能把煤、木材、液体燃料、沼气、核物质以及日光等都转换成电,这些都是人们所共知的。但是,有相当一部分人可能还不知道动物也能放电,可以这样说,凡是有生命活动就有生物电。动物是生物,当然也就能生电,不过一般动物产生的电太微弱,所以不被人们注意。就拿人本身来说也能生电,你到医院去检查身体www.30kxw.com,医生为你做心电图脑电图,就是用电极把你的心脏和脑子发出的电信号引导出来,经过示波仪放大和记录下来,然后根据所显示的电波形状分析你的健康状况。人的心脏跳动时,在皮肤表面产生的电压为0.001~0.002伏。而人脑输出的电压仅为0.00002~0.0001伏。目前已测知的人体电还有肌电、视网膜电、皮电和细胞活动电等。当然,人体产生的电流是微弱的,产生的电量还不及一节普通电池的1/1000。从脑传给四肢肌肉或器官的神经电称为肌电,人们对肌电进行深入研究,认识到由于神经电特性不仅能操纵肌肉,而且也能操纵人造器械。医学生物工程已能从断肢部位的神经中引出肌电,经放大后来操纵人造假肢的活动。

在自然界有些鱼类能放出相当强的电流,这些鱼身体内有发电器。电鳐是生活在海洋中的一种软骨鱼,躯体呈扁圆型,体后拖着一条粗长的尾巴,整体有些像一把团扇,在它的头侧与胸鳍之间,每边有一个大型的发电器www.30kxw.com,每个发电器由纤维组织隔成约2000个直立的六角形柱状www.30kxw.com小管,管内又分成约40个小隔,每隔有一块扁平的电板,实际上就是一个由肌肉细胞转化来的电化学细胞。这种细胞兴奋时不是收缩,而是产生电流。电板一侧的膜是光滑的,有从脑通到发电器的神经分支出来的神经末梢,这一侧的膜能产生电压放电;另一侧的膜具有许多指状突起,但没有神经末梢分布,电极之间充满胶状物质,起电解质的作用,细胞膜让钾离子进入,而把钠离子隔在外面,在膜内就有过剩的电子,所以细胞内外就形成电位差,膜内是负的,膜外是正的。当一个神经冲动触发了发电细胞,受神经支配的细胞膜放出化学物,改变了对钠离子的透性,全部电极一齐激发,离子就从一个细胞向另一个细胞移动,便形成电流,由于电极都朝一个方向叠合,所以电流有一定方向,电流在体内流动的方向是从腹部流向背部,电流在体外通过水流动就形成电场。电鳐的电力根据电极数目及其幅度,加上鱼体大小和精力而定,一般相当强,可以使一个成年人触及而失去知觉。

生活在南美洲河流中的一种电鳗产生的电流就更强了。一条2米长的电鳗在水中所产生的电压可达250伏,而离开水时所产生的电压竟高达550伏,并能产生足以使6只100瓦灯泡发出闪光的电流。电鳗是一种淡水硬骨鱼,身体细长,但头和躯干部很短,仅占整个身体的⒈8左右,其余都是尾部,它的发电器全都安装在这条长尾中。成年电鳗的发电器约占它的总体积的40%左右,发电器每侧各有两个,上面一个较大,由尾部的前端一直伸向尾部的后端,是主要发电器;下面一个较小,沿着身体下表面伸展,这些发电器都是由一系列整齐的圆盘形电板组成,约有1万多个电板,每一个电板可放出0.14伏电压,当所有电板一齐放电时,头部是正极,尾部是负极,电流方向是由前传向后,在鱼身四周的水中有电流通过形成电场,可以电击在此范围内的任何生物。电鳗体内的一些重要结构,如神经和肌肉等都有与电流绝缘的脂肪组织所包围,因此,虽然相应的电流也在电鳗体内流动,但不会因此而受损。(www.anred.net.cn)

非洲淡水河中的电鲶能产生高达350伏的电压,它的发电器不像电鳐和电鳗那样集中在某一部位,而是存在于由鳃至尾端整个躯体的皮肤和肌肉之间,以纤维质包住胶状物形成像鞘一样的发电器,它的电板上有神经末梢的一侧膜是正极,这同电鳐和电鳗正好相反,同时鱼的后部是正极,电由尾向前部负极流动。此外,从脑和脊髓交界处发出神经分布到发电器上去,再逐步分支到每一电极已仅是一条神经纤维,而不是一支神经。电鲶的发电器的来源尚不清楚,有人认为是从皮层细胞转化而来。

各种电鱼的电板在显微镜下检查时,所见到的细胞就像电池里的电板一样,以各种各样的串联和并联方式连接起来,受神经支配,放电完全在鱼的意愿控制之下,并不是一直在放电,如果几次发电后,电力就会愈来愈弱,像电池一样,也会耗尽,但只要休息片刻,就能重新放电,电鳐可在30分钟内放电近2000次,耗尽后,间隔15分钟后又可发电,可见它的恢复功能是相当强的。

电鱼的发电器具有非常高的效率,电鳗的每克体重发电器输出电功率为0.1瓦,www.30kxw.com相当于目前汽车上用的铅蓄电池每克重输出电功率的100倍。电鱼发电器不是连续地输出功率,而是以间歇方式工作,间歇输出的周期又较高,每秒内工作几毫秒。还有电鱼发电器的小型化更是人造发电器所追求的,这些都值得人们好好地研究和模拟,这对人们制造更好的发电装置和利用动物电源必会有所帮助。