Новый физический фейерверк - Джирл Уокер

Удаление полипа. Пищеварительная система человека производит горючие и взрывоопасные газы — водород и метан, которые составляют до 40% всего образуемого в толстом кишечнике газа. Если прижигание электрическим током выполняется в атмосфере водорода, метана или кислорода, нагрев (или искра) могут вызвать взрыв газа, что приведет к ожогам и разрыву внутренних органов. Поэтому к таким процедурам, как колоноскопия или удаление полипа, необходимо серьезно готовиться — соблюдать диету и освобождать кишечник. Если очистить кишечник полностью не удалось, врач может закачать в него невоспламеняющийся газ.

Воспламеняющиеся газы могут образовываться и в желудке, если он не освобождается полностью и регулярно. Такое случается, если, например, человек страдает сужением привратника желудка, затрудняющим прохождение пищи из желудка в кишечник. Лишнее давление из-за скопления газов в желудке вызывает у человека отрыжку. Был случай, когда, закуривая, человек непроизвольно отрыгнул; сигарета вылетела у него изо рта как ракета, при этом губы и пальцы обгорели. В другой раз нечто подобное произошло с человеком, который наклонился над столом, чтобы прикурить от поднесенной кем-то зажигалки. Газ при отрыжке вышел через нос и вспыхнул, пламя вырвалось из обеих ноздрей, и человек превратился в огнедышащего дракона. В медицинской литературе описан случай, когда хирург для вскрытия желудка вместо обычного скальпеля использовал электрический; искра от него подожгла скопившийся там газ, газ вспыхнул и горел голубым пламенем около 10 секунд.

Самодельную батарейку можно собрать, воткнув в лимон цинковый штырек (гвоздь, гальванически покрытый цинком), а потом сделать сбоку у лимона надрез и всунуть туда медную монетку. Между штырьком и монеткой установится разность потенциалов, примерно равная одному вольту. Если несколько таких лимонных батареек соединить последовательно (одну за другой) и подсоединить к маленькой лампочке, она будет гореть, хотя и слабо — из-за высокого сопротивления лимона. Как в лимоне может возникнуть ток и разность потенциалов? Вместо лимона можно использовать и некоторые другие пищевые продукты.

Вы заметите похожее явление во рту, если в зубе есть металлическая пломба и на него случайно попал кусочек алюминиевой фольги или еще какая-нибудь полоска металла, — там тоже может возникнуть ток и разность потенциалов. Что вызывает покалывание, которое вы в этом случае чувствуете в зубе и прилегающей десне?

Хозяйки часто заворачивают еду в алюминиевую фольгу. Однако если пищевые продукты положены в контейнер из нержавеющей стали и закрыты фольгой, а та контактирует с едой, фольга постепенно может раствориться в пище в местах ее контакта с фольгой. Почему это происходит?

ОТВЕТ • Лимон с двумя электродами работает как любой гальванический элемент, описанный в школьных учебниках. Вкратце: атомы данного вещества имеют тенденцию забирать электроны у соседних атомов другого вещества или отдавать их ему. Когда гальванизированный гвоздь втыкается в лимон, цинк, которым покрыт гвоздь, стремится отдать электроны, в результате на его поверхности образуются положительные ионы цинка и на нем устанавливается определенный электрический потенциал. Вблизи медной монетки в лимоне ионы водорода из лимонного сока стремятся забрать электроны и превратиться в нейтральные атомы водорода. И в этом случае тоже возникает некоторый электрический потенциал. Если гвоздь соединить проводом с монеткой, электроны, ушедшие из цинка, покрывающего гвоздь, перейдут по проводу к монетке и в результате достанутся ионам водорода.

Похожий процесс потери и получения электронов идет, когда алюминиевая фольга касается металлической пломбы в вашем зубе, а пространство между двумя этими поверхностями в основном заполнено слюной. Система «фольга — слюна — пломба» образует батарейку, и через точки прямого контакта между фольгой и пломбой или через окружающую зуб десну начинает идти ток.

Аналогичный процесс происходит и когда пищевые продукты кладутся в миску из нержавеющей стали и накрываются алюминиевой фольгой. Система «сталь — пища — фольга» может стать батарейкой, в которой ток пойдет через точки непосредственного контакта фольги со стальной миской (скорее всего, контакт возникнет по всей длине ободка, по которому фольга обычно прижимается к миске). Когда фольга окисляется, то есть атомы алюминия превращаются в ионы алюминия, они растворяются в пище, особенно если в миске находится что-то вроде томатной пасты. Поэтому совет: используйте пластиковую пленку вместо алюминиевой фольги или же пластиковый контейнер вместо стального.

Рыбы вроде гигантского электрического ската Torpedo nobiliana из Северной Атлантики или электрических угрей Electrophorus из Амазонки способны вырабатывать достаточно большой ток — настолько, что он может убить или оглушить жертву и даже парализовать человека. К примеру, по некоторым данным, электрический скат может послать импульсный разряд с напряжением 60 В при силе тока 50 А (разные авторы называют разные значения, в частности — на порядок меньшие токи). Раньше электрические рыбы использовались в медицине, например при постоянных мигренях, — электрического ската прикладывали прямо к болевым точкам в качестве примитивной формы шоковой терапии. Электрические свойства рыб были известны и древним охотникам, они быстро разобрались, какую рыбу нельзя хватать голыми руками или насаживать на мокрое, то есть проводящее, копье.

Многие другие виды рыб производят электрическое поле для того, чтобы ориентироваться в темной и мутной воде или находить нужный объект, в частности особь своего вида. Эти рыбы могут изменять свое электрическое поле таким образом, чтобы их можно было опознать. Каким же образом живым существам удается вырабатывать ток, создавать электрическое поле и электрический потенциал?

ОТВЕТ • Источник этих электрических эффектов следует искать в так называемых электроцитах — клетках, похожих на нервные и мышечные клетки. В обычном состоянии их мембраны пропускают ионы калия, а ионы натрия задерживают, поэтому концентрации ионов натрия и калия с разных сторон мембраны различны. Поскольку эти ионы заряжены, разность концентраций приводит к разности электрического потенциала на стенках мембраны.

Когда рыба хочет применить импульсный разряд, она посылает в мембрану нервный импульс, под действием которого проницаемость мембраны меняется и она начинает пропускать ионы натрия. В результате разность потенциалов на поверхностях мембраны мгновенно меняется, и через нее начинают проходить заряженные частицы, то есть возникает электрический ток. И изменение разности потенциалов, и величина тока малы, но у рыбы может быть несколько тысяч электроцитов, соединенных последовательно (рис. 5.4а), поэтому результирующий потенциал и полный ток оказываются большими (если сопротивление клеток не слишком велико).

Рис. 5.4 / Задача 5.28. а) Ряд из пяти последовательно соединенных электроцитов. б) Три параллельно соединенных ряда таких клеток.