生物的电现象市公开课获奖课件

1、生物电现象及部分应用李平 10052119第1页第1页第2页第2页生物电现象最早记载生物电现象要数6000 年前埃及象形文字所记载关于一条鱼故事, 当初有一个渔夫在尼罗河里捕到一条鱼, 这条鱼电击了渔夫, 使渔夫慌乱之中丢下渔网让这条鱼逃之夭夭。这条鱼其实就是一个会放电须鲶鱼。第一个较为严密理论奉献是Gilbert 在1600 年所写De Magnete。生物电磁学历史上一个主要里程碑是大家熟知意大利解剖学家Galv ani 在1791 年创造电流刺激法, 他用切开肌肉组织去刺激另一块肌肉神经, 造成这块肌肉收缩, 从而证实了生物电存在。1819 年Orstedt 证实了电与磁之间有着互相联系

2、, 为制造出测量生物电现象仪器奠定了基础。1838 年法国生理学家Matteucci 应用了Nobili 在1825 年创造无定向检流计( Astatic Galvanometer) 测量了青蛙肌肉冲动。1843 年德国生理学家Du Bois- Reymond 确认了蛙心电活动, 并引用Act io n Potent ial 来描述心肌收缩。1876 年法国人Bernstein 创造了断流器( Rheotome) , 能周期性地刺激神经和周期性地对神经电位进行采样, 描绘出了神经电位波形。第3页第3页同年, Marey 应用了1870 年Lippmann 创造毛细管电计( Capillary

3、Elect rometer) 统计了蛙心电图( ECG) 。1887 年英国Waller 用毛细管电计统计了人ECG( 仅R 波和T波) 。1903 年荷兰Einthoven 用改进弦线检流计统计了实用心电图, 从而开创了当代心电图学。1924 年德国人Berg er 汇报了他用弦线检流计统计了人脑电图( EEG) , 为研究人脑机能和诊断人脑疾病提供新手段。1963 年McFee 初次测量了心磁图( MCG) , 初次测量人脑磁图( MEG) 普通认为是Dav id Cohen 在1968 年作出。第4页第4页1789年, 意大利有一位名叫伽伐尼医生, 在进行解剖青蛙试验时, 发觉青蛙被解剖

4、后, 即使生命已经结束,但腿部肌肉仍然在收缩。以后,经证实, 这是电流刺激结果。于是, 伽伐尼发觉,开创了生物电研究开端。第5页第5页构成生物体任何器官、组织和细胞, 在活动过程中, 都能够产生一定电位改变, 从而形成生物电。生物电在人体组织、动物、植物以及微生物中都存在, 成为一个非常普遍而奇异自然现象。第6页第6页生物电现象理论第7页第7页1.植物光电效应植物光合作用 绿叶在光合作用过程中会吸取二氧化碳, 放出氧气。然而, 现今科学结果证实, 绿叶也含有光电效应, 能够用来发电。 科研人员做过这样一个试验他们用特定仪器和灵敏度极高微型电流表, 对绿叶在早晨太阳光照射下光电效应, 进行测量,

5、 居然测出微安电流。即使电流极其微小, 但假如绿叶受光面积增大, 则绿叶所发电流也可增强。 科学家在这一基础上进一步进行研究, 发觉绿叶光电作用和光合作用是同时发生。当太阳光照射到绿叶上时, 绿叶就能吸取光能, 并且从水分中夺取电子。这些夺取来电子不断地自由活动并且渐渐汇集起来。假如让这些电子在自由活动前就用固定电场使这些电子定向移动就能形成绿叶电流。第8页第8页一片绿叶面积很微小, 但一棵大型树却能够达到上万片, 最大树甚至能够有多万片树叶。假如把这样一棵树叶片都摊开来计算, 那么叶绿体总面积可达多平方米, 按能量换算, 可相等于覆盖亩土地巨型太阳能转换站。要是一片树林, 那更是十分巨大。尽

6、管有一定能量损失, 其发电能力也是十分可观。叶绿体无论是春夏秋冬、晴阴雨雪, 都能吸取光能并转化为电能。在房屋周围广泛植树, 在墙边种植青萝紫藤、爬山虎等植物构成厚厚多层覆盖叠式植物群,不但房舍周围环境大为改进, 也极有也许使每户人家有一个”绿叶发电厂”, 这将是真正无尘、无污染、无噪音最富有生命力新型发电厂。第9页第9页 我们都知道，太阳能电池是利用阳光来发电，而植物也是用阳光来为自己生长提供能量。当前，制约太阳能发电规模主要原因是太阳能电池板成本太高。那么，有无也许舍弃掉昂贵电池板，而利用廉价植物来作为太阳能发电载体？英国剑桥大学研究人员认为，确实能够用植物来发电，他们还创造了一些用植物发

7、电新奇产品。而英国剑桥大学研究人员亚历克斯德里夫则认为，植物进行光合作用时，叶绿素不但能把水分解为氢和氧，并且还能把氢分解为带电荷氢离子和带负电荷电子。此时，植物体内会有电流产生，然后白白地消耗掉了。假如用人工办法控制这个产生电流过程，就能够积累植物中电量，为人们提供生活和工业所需用电。几年前，为了验证植物叶绿素发电可行性，日本科学家进行了一个尤其试验。研究人员把从菠菜叶内提取叶绿素与卵磷脂混合，涂在透明氧化锡结晶片上，用它作为正极安置在“透明电池”中，当它被太阳光照射时，就会产生电流。研究表明，用叶绿素制造电池能把太阳能30%转换成电能，而既有多数太阳能电池板仅能把10%20%太阳能转变为电

8、能。因此，研究人员认为利用植物进行太阳能发电应当比太阳能电池板发电潜力更大。第10页第10页第11页第11页生物光伏电池研究人员把利用植物进行太阳能发电方式称作“生物光伏发电”，用这种办法制成电池为“生物光伏电池”。然而，日本研究人员制造生物光伏电池有一个很大缺点，那就是不能持久发电，由于用于制造电池叶绿素与卵磷脂都是从植物中提取出来大分子有机物，离开植物生存环境后很容易分解而失去吸取太阳能功效。于是，英国剑桥大学研究人员改进了日本研究人员发电技术。他们认为利用活生生植物也能够发电，并开发出不少活“生物光伏电池”。比如，研究人员在一些植物盆栽中设置一些电极，就能够及时搜集植物在进行光合作用时产

9、生电量。依据当迈进行试验，一盆直径1米蕨类植物能够产生100瓦电力，在阳光灿烂日子一天能够产生快要1度电。蕨类植物对生长所需土壤肥力要求不高，管理起来十分以便，生长也不久速，比较适合用作发电。主要用杂草和树木发电除了蕨类植物外，研究人员更看好是各种藻类植物，由于藻类生长和扩张都不久速，对环境要求更低，各种水质水域都能够生长藻类，阴暗潮湿地方也能够生长藻类。除了藻类外，愈加原始苔藓类植物也是研究人员即将利用对象。当然，植物资源最丰富森林是研究人员所认为“生物光伏”电能宝库。他们已经设计了一个电能杆，准备从森林中树木中搜集电能。我们知道，世界上能量是守恒。假如把植物光合作用能量用于发电，必定会影响

10、植物生长。因此，在未来将主要用杂草和树木来发电，不会用粮食作物、蔬菜和果树来发电。和老式太阳能发电同样，“生物光伏”发电也面临着储能问题。也就是说，有阳光照射时候，电能会源源不断地产生并需要及时消耗，而在夜晚没有阳光时候则不会产生电能，需要用一些储电设备来处理这个问题。尽管利用植物进行太阳能发电技术刚刚起步，研究人员却对它前景十分看好。植物发电不但效率高，并且十分便捷，能够当地发电当地使用，不需要复杂电网进行远程输电，尤其适合偏僻地域和灾区。剑桥大学研究人员甚至认为，在乡村和旅游度假区，生物光伏电池将有也许逐步取代同样是刚刚起步太阳能电池；在都市，居民能够利用阳台上、庭院中和家里各种盆栽植物来

11、发电，为家庭电器提供电能。第12页第12页试验，1000亿根蚕豆根产生电压能够点亮100W灯泡。第13页第13页第14页第14页其它植物电现象及应用 含羞草等一类植物, 叶子只要被轻轻一碰, 便会有电流产生, 并且通过电流移动往叶柄传递, 使叶柄低垂下去。把一粒豌豆与电压表链接，当豌豆被加热到60时，在仪表上就显示出电位差。在几棵松树上装上电位计，当这段一根树枝时电位计上批示数字忽然增长第15页第15页人和动物体内微弱电流人类是生物中主要组成部分, 人体不但产生电,而且, 整个生命运动都离不开电刺激来传递信息。据计算，人心脏正常跳动时，能够产生12毫伏,频率为几十赫兹电流。大脑也能够产生201

12、00微伏，频率为十赫兹电流。除此之外，肌肉、耳蜗、肠胃等也会产生强度不同微弱电流。统计肌肉兴奋时发生电势改变图形, 叫彬四L动电流图(e lec tro m yog ra m ) , 简称肌电图(E MG ) ; 统计心脏收缩而引发电势改变图形, 叫做心动电流图(e lec tro ca rd i。一gr a m ) , 简称心电图(E C G ) ; 还能够统计大脑活动过程发生电势改变图形, 叫做脑动电流图(e e le e tr o e n e e p h a lo g r a m ) , 简称脑电图(E E G )等。医生可凭这些图形诊疗患者疾病。生物电不但存在于人和在当代医学中心电图仪

13、（ECG）和脑电图仪就是依据这种生物电存在进行工作，胃肠道生物电活动用于进行胃癌及腹部手术后观测。还有国家经过对人体皮肤电位测定, 从改变中研究一些心理疾病发展和改变。在航天、航空方面, 能够利专心电扫描器来统计人在高空飞行中心率改变和地心引力与心脏位置关系。利用脑电统计仪来测知飞行者精神状态和觉醒程度。第16页第16页通过科学家不懈努力, 发觉水中鱼类就有500各种能够放电。电鳐, 能发放60 80伏左右电脉冲，电鳗, 能发放600 800伏左右电脉冲。其中, 非洲和意大利电鳗、电鳃放电量都达到220伏以上, 电压强度超出了我们日惯用电 。更为有趣是, 电鳗头上尚有一个微微突起, 能够接受其

14、它水中生物发出电波。而生长在非洲内河中象鼻鱼, 能够连续发出电流, 碰到障碍物便被反射回来, 被它接受器官接受后, 就能够判别对方是敌人还是猎物。早在多年以前，古罗马人就已经利用鳐鱼放电来治疗精神病。利用动物产生生物电作为宇宙飞行中无线电发射机电源, 来进行通讯联系。在电子仿生学中, 生物电作用也发挥了巨大作用。仿造电鳗身体结构制造潜艇, 使人很难分辨出是船还是鱼。日本通过接受鳗鱼、金鱼发出电流, 能够判断水源污染及气象改变。有科学家用电子元件,制作出模拟人鼻子功效“ 电子嗅觉器” , 来进行环境监督和检测。一些技术发达国家, 直接利用生物电来用作能源。第17页第17页除了像电鳗、电鳐这些能够产生强电力电鱼外,还有一些鱼类, 即使也有电器官, 但产生电力非常弱, 如裸臀鱼和象颌鱼。产生强电力鱼类, 经过电器官发放高电压或强电流来吓跑敌害或击昏小动物, 起到防御和捕食作用。产生弱电力鱼类, 生活在混浊、能见度很低环境, 视觉退化, 皮肤上有电感受器,能感受由电器官不停放电形成电场改变, 其机理类似雷达, 起到探测环境作用。有些产生强电力鱼, 如电鳗, 也能产生弱电, 而且含有电感受器, 一样可以