От чего зависит электроемкость уединенного проводника. Электрическая емкость уединенного проводника

Проводники в электростатическом поле. § 1 распределения зарядов в проводнике. Свободные заряды в проводнике могут перемещаться под действием сколь угодно малой силы. Поэтому для баланса зарядов в проводнике должны соответствовать следующие условия. Следовательно, поверхностный заряд проводника в равновесии является эквипотенциалом. При равновесии заряды в любом месте внутри проводника не могут быть избыточными зарядами - они распределены по поверхности проводника с плотностью σ.

Рассмотрим замкнутую поверхность в виде цилиндра, генераторы которого перпендикулярны поверхности проводника. На поверхности проводника имеются свободные заряды с поверхностной плотностью σ. Поскольку внутри проводника нет зарядов, поток через поверхность цилиндра внутри проводника равен нулю. Поток через верхнюю часть цилиндра вне проводника по теореме Гаусса равен.

Электрическая емкость уединенного проводника

Т.е. вектор электрического смещения, равный поверхностной плотности свободных зарядов проводника или. При создании незаряженного проводника на внешнем электростатическом поле его свободные заряды будут двигаться: положительные - на поле, отрицательные - против поля. Тогда на одной стороне проводника будет накапливаться положительный и другие отрицательные заряды. Эти заряды называются индуцированными. Перераспределение зарядов будет до тех пор, пока интенсивность в проводнике не станет равной нулю, а интенсивность линии вне проводника будет перпендикулярна поверхности.

Индуцированные заряды появляются на проводнике из-за смещения, т.е. являются зарядами поверхностной плотности и смещены, поэтому их называют вектором электрического смещения. Поэтому для изолированного проводника имеем формулу. Где - емкость изолированного проводника.

Поскольку при некоторых значениях напряжения в диэлектрическом пробое происходит, то есть конденсаторы напряжения пробоя. Напряжение пробоя зависит от формы облицовки, диэлектрических свойств и толщины. Емкость параллельного и последовательного подключения конденсаторов.

Согласно закону сохранения заряда. § 3 Энергия электростатического поля. Энергия системы зарядов с фиксированной точкой. Электростатическое поле потенциально. Силы, действующие между зарядами - консервативные силы. Система зарядов с фиксированной точкой должна иметь потенциальную энергию.

Эта проблема заключается в невозможности унификации электродиффузии ионов в электролитах с теорией кабелей. Хотя ранее были попытки показать электродиффузионные эффекты на мембранные потенциалы, они были случайными из-за ошибочной эквивалентности пространственного распространения ионной диффузии и электропроводности.

Поскольку электродиффузия ионов в электролите применяется только на малых расстояниях внутри клеточных мембран, поэтому существует несоответствие между моделями электродиффузии, которые основаны на электрохимических процессах, основанных на уравнениях адвекции-диффузии и электропроводности, которые основаны на уравнениях кабеля. Например, диффузионные токи были включены в эти исследования для моделирования электродиффузии ионов в цилиндрических геометриях с помощью одной пространственной переменной, которая идентична проводимости электрического заряда в уравнении кабеля.

Фактически, связь теории кабелей с аномальной электродиффузией с помощью так называемого «дробного» уравнения в кабеле и «дробных» уравнений Нернста-Планка также может быть случайным путем попыток несовпадения переменных путем включения отдельных показателей масштабирования как для аномальной диффузии через мембрану, так и для в цистоле в той же временной шкале; тем самым делая подход неадекватным для потенциалов действия, работающих в гораздо более быстром масштабе по сравнению с электродиффузией ионов.

В этом же контексте усилия по моделированию кабеля включали емкостные эффекты свободного заряда во внутриклеточной жидкости, представляющей электролитический раствор. В этом модельном подходе проводимость свободного заряда однополярных ионов внутри пассивной мембраны приводит к появлению поляризационного тока, возникающего в результате емкостного уравновешивания заряда и аксиальных емкостных эффектов.

Существуют и другие модели, которые явно включают зависящую от напряжения емкость на основе сжимающих сил, действующих на мембрану, которые являются электромеханическими по своей природе. При наличии электрического поля изменения толщины мембраны из-за сжимающих эффектов электрического поля основаны на предположении, что мембранный бислой эластичен и может быть деформирован электростатическим усилием, создаваемым электрическим полем, что приводит к изменениям электрической емкости мембраны. Ожидается, что электрострикция будет составлять менее 1% от общей емкости, и поэтому электромеханические эффекты могут быть проигнорированы.

Включение микроструктуры в нейронную ветвь аналогично, хотя и не идентично электронному аналогу, сверхпроводящему «нейристору» с индуктором, параллельным резистивному компоненту для внутриклеточной среды. Однако кабельные модели нейронов включают нелинейные конденсаторы вместо индукторов и в отличие от моделей «нейристоров», они образуют бесдисперсную систему. Микроструктура обладает зависимостью напряжения при медленном изменении электрических полей, что позволяет конденсатору удерживать больше электрического заряда, чем линейный конденсатор, что приводит к поглощению заряда и усиленной электрической сигнализации.

Поэтому поляризуемость микроструктуры влияет на электрическую проводимость электрического тока через внутриклеточные емкостные эффекты. Модели электродиффузии, основанные на классических уравнениях Нернста-Планка, накладывают предположение о постоянном поле или условие электронейтральности, что делает его неприменимым для электрических потенциалов внутри дебаевского слоя, где плотность заряда не равна нулю и не постоянна. По этой причине альтернативный путь необходим в терминах феноменологического описания градиентов ионной концентрации в электролитическом микроокружении.

Одним из таких альтернативных подходов является изменение уравнения кабеля с целью включения эффектов поляризованной микроструктуры. Это делается путем обработки микроструктуры как гомогенизированного сердечника-проводника, где внутриклеточные емкостные эффекты возникают из-за поляризационных эффектов связанного заряда. Микроструктура включала в себя поляризационный емкостный ток заряженных белков без эндоплазматических мембран.

В этой статье мы расширим вышеупомянутые подходы, выведя модель кабеля, в которой рассматриваются эффекты изменений в градиентах ионной концентрации через процесс проводимости, что приводит к изменениям равновесных потенциалов, когда ионы находятся в растворе, а ионный поток неоднороден. Это первое исследование, в котором электрическая проводимость емкостного тока, индуцированного поляризацией, в однородном сердечнике-проводнике, отражается на градиентах ионной концентрации без явного моделирования электродиффузии ионов.

Следовательно, мы выводим модель кабеля, модифицированную для трещиноватой внутриклеточной среды, как показано на фиг. 1, которая включает в себя крупные органеллы, такие как митохондрии в небольших нейронных веточках. Предложенная модель не является электрохимической, поскольку она игнорирует градиенты концентрации в растворах электролита и комкает все положительные и отрицательные заряженные ионы в цитоплазме как свободный заряд. Также включены поляризованные белки с электрическими диполями, которые могут выстраиваться для усиления или анти-выравнивания для уменьшения эндогенного электрического поля, вызванного накоплением связанного заряда и связанного заряда внутри митохондриальных мембран.

Неоднородности проводимости, обусловленные нерегулярным движением электрического заряда во внутриклеточной жидкости нейронов, пренебрегают, а ток вытеснения связан с потоком непрерывных макроскопических плотностей заряда в дебаевском слое в продольном направлении вдоль кабеля.

Теория кабеля находит свою истинную теоретическую основу в уравнениях Максвелла электромагнитного поля и остается основой вывода уравнения кабеля из первых принципов. Приравнивая теорему о среднем значении для единственного интеграла в доходностях. Зависимый от напряжения перенос заряда в аксоне кальмара без микроструктуры, но из-за электрокомпрессии, следует за квадратичной зависимостью, поскольку электростатическая сила, действующая на мембрану по напряжению, определяется.

Изменения емкости из-за сжимающих сил, действующих на мембрану, являются электромеханическими. Это диапазон электрических потенциалов, в которых активируются ионные каналы от внешних митохондриальных мембран. Параметр представляет собой способность удерживать больше заряда или электрической энергии, чем линейный конденсатор.

Когда α = 0 влечет за собой отсутствие заряда, из-за отсутствия микроструктуры. Если проводимость внеклеточной среды высока, а изопотенциал внеклеточной среды, то эффект внешнего потенциала на потенциал митохондриальной мембраны пренебрежимо мал. Электропроводность пренебрегает концентрациями ионной концентрации в растворе электролита и характером различных ионных частиц и, следовательно, представляет собой ионную однородность в микроструктуре. Однако в нашей модели помимо связанного заряда с заряженными белками существуют неактивные мембраны, охватывающие веточку, соответствующую мембранам митохондрий, что также способствует увеличению тока смещения в зависимости от равновесного потенциала.

Модельная мембрана возвращается к пассивной нейронной плазматической мембране, когда митохондриальная проводимость равна нулю. Это означает, что активность канала митохондриальной мембраны одновременно с открытием каналов плазматической мембраны. Это игнорирует зависимость митохондриального канала от вторых мессенджеров во время синаптической передачи.

Он основан на ионах, пересекающих мембрану в сочетании с заряженной молекулой-носителем, в то время как влияние градиентов концентрации ионов игнорируется. Уравнение нелинейного кабеля, модифицированное для включения микроструктуры, формально является полулинейным псевдопараболическим уравнением неэволюционного типа. Если η = 0 и δ = 0, то сводится к нелинейному уравнению кабеля без митохондриальной мембраны.