Почему электрический угорь не убьётся током?

О причинах устойчивости угрей к электрическому току
О причинах устойчивости угрей к электрическому току в статье

Удивительно, но на сегодня отсутствуют научные работы, посвященные изучению невосприимчивости электрического угря к эндогенному и экзогенному электрическому току.

Перед ответом на вопрос, заданный в названии статьи, хочется обратить внимание читателя на то, что электрический угорь (Electrophorus electricus), на самом деле, не относится к Угревым. Он является представителем семейства Gymnotidae или рыб ножей. По степени родства эта рыба ближе к сомам, но из-за длинного и круглого в сечении тела получила название угорь.

У большинства животных электрический ток вовлечен в процессы передачи сигналов в нервной ткани, а также в мышечном сокращении. Однако в ходе эволюционного развития мышечная ткань некоторых рыб изменилась в специализированные клетки, электроциты. Появление нового типа клеток в составе электрического органа позволило генерировать токи более высокой силы и использовать их для нападения, защиты, навигации и общения.

По сути, электрический орган состоит из «мышечных клеток», утративших сократительную функцию, но сохранивших способность генерировать потенциалы действия. Одним из ключевых эволюционных нововведений явилось последовательное выравнивание электроцитов. Серии этих клеток синхронно генерируют потенциалы действия, образуя короткие электрические разряды.

Электроциты являются аналогами батареек с электродвижущей силой (ЭДС) и сопротивлением. Каждый угорь имеет приблизительно 140 рядов этих клеток, расположенных вдоль тела. Каждый ряд содержит 5000 электроцитов. Каждый электроцит генерирует ток с ЭДС 0,15 В и имеет сопротивление 0,25 Ом. Сопротивление воды, окружающей угря оставляет 800 Ом.

Для определения физических процессов, ответственных за электросопротивляемость электрического угря, необходимо рассмотреть все связанные с рыбой токи.

Существуют токи, проходящие через жертву и токи, проходящие через самого угря. Важно, что они формируют замкнутую цепь: ток покидает угря, проходит через воду и рыбу, и возвращается обратно в угря.


«Крокодил» против электрического угря. Аллигатор был убит током после того как напал на угря.

Однако, если мы попросту возьмем угря в качестве единого пути, токи через жертву и хищника окажутся одинаковой силы. Ключевым моментом является наличие у угря множества рядов, через которые проходят токи. Таким образом, вместо единичного пути или ветви, их, в действительности, 140. Разряд, проходящий через ряды электроцитов, имеет сниженную силу в каждой точке тела рыбы.

Предполагается (высокое сопротивление жировой ткани или кожи?), что ток проходит преимущественно по поверхности тела угря, чем сквозь него. Это снижает риск повреждения.

Для ответа на вопрос о физике явления обратимся к правилам Кирхгофа. Рассмотрим систему угорь и жертва как идеальную цепь. В конечном счете, мы обнаружим, что токи через жертву очень большие, а через угря очень маленькие.

В каждом ряду 5000 электроцитов. Каждая из клеток имеет ЭДС и сопротивление. Электроциты в одном ряду являются серией, которую мы можем представить в виде 10000 «компонентов» с простейшими двух составными узлами — источником ЭДС и резистором.

ЭДС каждого ряда электроцитов расчитвается по формуле:
Vряда = 5000 * V электроцита = 5000 * 0,15 В = 750 В

Сопротивление каждого ряда электроцитов расчитывается по формуле:
Rряда = 5000 * R электроцита = 5000 * 0.25 Ом = 1250 Ом

Каждый из 140 рядов может быть представлен в виде эквивалента источника ЭДС и резистора
Каждый из 140 рядов может быть представлен в виде эквивалента источника ЭДС и резистора

В данном случае представлены не все ряды, читатель может продолжить схему сам. Теперь, используя правило Кирхгофа, можно вычислить ток в каждом ряду, а также ток, проходящий через жертву. Отметим, что токи через каждый ряд эквиваленты.

Сила тока через жертву согласуется с первым правилом Кирхгофа: 140 * I = I жертва

Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий — отрицательным: Сумма втекающих токов равна сумме вытекающих.

Петля прохождения электрического тока
Петля прохождения электрического тока

Второе правило Кирхгофа (правило напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС (идеализированных генераторов напряжения), то суммарное падение напряжений равно нулю.

-1250 Ом * I + 750 В — 800 Ом * I жертвы = 0

I жертвы ≈ 0.9 A, а I ≈ 7 * 10-3A

Что означает полученное равенство? Смерть и повреждения отмечаются при силе тока 0,1 А. Таким образом, ток через жертву является летальным. С другой стороны, ток через электрического угря намного меньше. Он может вызывать неприятные ощущения у угря, но не смерть. Эта особенность обусловлена разобщением большого числа рядов электроцитов, через которые могут блуждать токи.
——
myweb.lmu.edu/jphillips/201_F07/solutions/circuits.pdf
www.thenakedscientists.com/HTML/questions/question/1859/
physicstasks.eu/uloha.php?uloha=282

Реакция постоянных читателей:

Заметил ошибку, тык*:

 Orphus

Комментарии Вконтакте:

Почему электрический угорь не убьётся током?: 2 комментария

    1. Электрический угорь не заботится о потомстве, поэтому мальки не увидят своих родителей. Икра откладывается в пенное гнездо, построенное самцом, а потом производители уплывают.

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *