Seminar: Hiện tượng phát điện ở cơ thể sống

Seminar
II. Một số hiện tượng phát điện ở cơ thể sống
1. Vi sinh vật
2. Thực vật
3. Động vật
4. Người
I. Mở đầu
Nhà vật lý Anh M. Faraday, người phát hiện và
ứng dụng điện cảm ứng vào chữa bệnh đã có lần
nói: "Cho dù điện vật lý có hấp dẫn bao nhiêu
thì cũng chẳng thể nào đem so được với sức
cuốn hút kỳ diệu của điện sinh học, của dòng
điện đang sống trong mỗi chúng ta".
I. MỞ ĐẦU
1. Vi sinh vật
Geobacter sp
"Quá trình phân rã
các hợp chất hữu cơ
trong tế bào vi sinh
vật luôn đi kèm với
sự phóng thích
năng lượng điện
tử". M.C.Porter
(1911)
II Một số hiện tượng phát điện ở cơ thể sống
Nguyên tắc:
Nguyên tắc chính của tế bào năng lượng vi sinh
vật (microbial fuel cells) là dòng electron được
chuyển gián tiếp thông qua sự tương tác giữa sản
phẩm khử với điện cực dương. Sự tách biệt về mặt
không gian của phản ứng nhận electron tạo ra

chênh lệch về suất điện động và xuất hiện dòng
electron chạy qua khi ta dùng dây dẫn nối 2 điện
cực lại.
Ngoài Geobacter sp, còn có một số loại
vi khuẩn có tiềm năng này như vi khuẩn
Shewanella, Methanobacteria …
vi khuẩn Shewanella
 Ứng dụng
-
Sản xuất điện từ các nguồn chất thải.
- Xử lí nước và làm sạch môi trường.
Tại Mỹ mỗi năm trung bình 33 tỷ gallon nước thải
sinh hoạt phải xử lý sơ bộ trước khi đổ ra sông. Nếu chỉ
tính riêng tiền điện thì mỗi năm Mỹ phải chi 25 tỷ USD
cho quá trình vận hành hệ thống xử lý. Đó là chưa kể
đến một lượng lớn hóa chất tiêu tốn và mới chỉ tính
riêng Mỹ Cả thế giới vừa phải đối phó với nguy cơ
thiếu nước sạch, vừa phải giải quyết tình trạng lượng
chất thải ngày một nhiều do sức ép dân số.
2. Thực vật
Dòng điện trong cơ thể thực vật rất yếu. Nhưng
dòng điện yếu không có nghĩa là không có. Vậy điện
trong cây phát sinh như thế nào?
Có rất nhiều nguyên nhân khiến cây sản sinh ra
điện.
Ví dụ: Quá trình hấp thụ khoáng KCl của cây đậu
tương. Các ion của KCl được hút vào rễ, Cl
-
từ rễ được
hút lên các tế bào ngọn, làm tăng số ion âm trên ngọn,

trong khi đó, các ion dương của K
+
lại tập trung ở đầu
rễ. Kết quả là xuất hiện một điện thế giữa ngọn và gốc.
3. Động vật
Cá chình điện có thân dài
khoảng 1.5-2m ở hai bên
sóng lưng của cá chình
điện, có 2 "nhà máy điện",
mỗi "nhà máy" gồm 70
"cột điện" đấu song song,
mỗi "cột" là một chồng
gồm 6.000 tế bào phát điện
đấu nối tiếp.
3.1 Cá chình điện
(Electrophorus electricus)
Lúc gặp mồi hoặc kẻ thù, cá chình điện có thể
phóng một loạt từ 10 đến 30 "cú điện" với điện thế lên
tới 900V, mạnh có thể 1000 V, để quật ngã và làm tê
liệt đối thủ.
Ngoài ra,cá chình điện còn có thể phát liên tục
những xung động điện với điện thế thấp để định hướng
và thăm dò môi trường trong những vùng nước đục
hoặc tối.
Electrophorus electricus
Chúng ta có thể lập mô hình tính toán như sau :
Suất điện động E của bộ pin gồm 5000 bản điện/dãy và
140 dãy song song chính là suất điện động của mỗi dãy:
E = 5000.0,15 = 750V
Điện trở của một dãy: R

d
= 5000.0,25 = 1250(ohm)
Điện trở nội của bộ pin E:
1/R
n
= 140(1/R
d
)
Vậy R
n
= R
d
/140 = 1250/140 =8,92(ohm)
Nếu xem điện trở của nước R
nước
= 800ohm, khi đó
theo định luật Ohm cường độ dòng điện cá chình phóng
ra sẽ là:
I = E/(R
n
+ R
nước
)=750/(8,92+800)= 0,936A
Dòng điện này rất nguy hiểm có thể làm tê liệt nhiều
động vật và người!
Tại sao chính bản thân cá
chình lại không bị nguy hiểm
bởi dòng điện của nó?
Với 140 dãy bản điện mắc song song, cường độ
dòng điện qua mỗi dãy sẽ là:

Id = 0,936/140 = 0,0066A = 6,6mA
Như vậy dòng phóng ra từ thân cá rất lớn nhưng
khi chạy trong thân cá chúng lại chia ra các dòng
phân nhánh riêng biệt cho từng nhánh cơ. Các
dòng phần nhánh này chỉ 6,6mA, quá nhỏ nên
không gây hại cho cá.
Ở Nhật, ông Kazuhiko Minawa bỏ ra hơn
một tháng để thiết kế một hệ thống sử dụng
điện của cá chình thắp sáng một cây thông
giáng sinh.
Bằng cách cho hai panô nhôm ở bên trong bể
cá hoạt động như hai điện cực để thu hút điện.
Dây điện nối với hai panô cung cấp điện cho
các bóng đèn trên cây thông giáng sinh gần đó.
3.2 Cá trê điện
Dài gần 1m,
được tìm thấy ở
những vùng nước
ngọt Châu Phi.
Loài cá này gây
những cú sốc điện
mạnh gần bằng cá
chình điện.
Có thân dẹp hình dĩa hoặc bầu dục, hai bên
giữa đầu và vây ngực có cơ quan phát điện
Cá có 90 "cột điện" đấu song song, mỗi cột
gồm 400 "tấm điện" đấu nối tiếp.
3.3 Cá đuối điện (torpedo ray)
Torpedo ray
Cá đuối phóng điện nhờ vào việc co cơ

để sắp xếp lại các tấm pin trong người nó
Tùy từng loại cá
đuối điện khác nhau
mà có thể phóng ra
dòng điện tới 30A và
hiệu điện thế tới 1000V.
Sự phóng điện này
giống như phóng điện
từ sấm chớp. Sau đó
nó sẽ lại nạp điện từ
từ.
Dòng điện của các đuối ngư lôi có tác dụng chữa bệnh
đau nhức đầu
.
Cá nheo điện còn gọi là cá mèo, gây mê
hoặc giật chết con mồi, hoặc xua đuổi kẻ thù
bằng cách phóng những luồng điện. Các cơ
quan sinh ra điện đều nằm dưới da, dọc theo
chiều dài thân và đuôi. Một con cá mèo lớn
có thể tạo ra một luồng điện có điện áp 350V.
3.4 Cá Nheo Điện
Loài cá sinh điện yếu
là cá gymnotiform
(Brachyhypopomus
pinnicaudatus), một
loài cá không răng có
nguồn gốc ở vùng
sông Amazon.
Cá gymnotiform
3.5 Một số loài cá khác có khả năng phát điện

Cá đực dành khoảng
11% đến 22% năng
lượng cơ thể cho các
màn trình diễn điện
về đêm. Cá gần như
không dùng đến khả
năng này, chỉ tốn 3%
năng lượng cơ thể.
Cá gymnotiform
4. Phát điện ở người
Mỗi cơ thể con người là hàng tỷ tế bào, mỗi
tế bào là một chiếc pin sống. Chỉ có điều các pin
này hết sức nhỏ, nên điện của chúng tạo ra vô
cùng yếu.
Các nhà khoa học đã
đo được trong mỗi tế
bào não có một dòng
điện khoảng 90 mV,
và với 15-18 tỷ tế bào
não, ta sẽ có một dòng
điện cực mạnh. Trong
mỗi con mắt của một
người bình thường
cũng có tới 130 triệu
tế bào.
Theo các nhà khoa học của Nga, thông thường các tế
bào não hay tế bào thần kinh được sắp xếp theo một trật
tự nhất định và điều khiển mọi hoạt động bình thường của
con người. Nếu ở người nào các tế bào đó bị sắp xếp lộn
xộn, các pin yếu kết hợp lại và phóng điện ra ngoài, thì

người đó sẽ có khả năng đặc biệt.
Các nhà khoa học cho rằng, xung quanh những người
này luôn xuất hiện một trường điện từ rất mạnh được điều
khiển từ bộ não. Khi muốn thì khả năng đặc biệt mới bộc
lộ, còn bình thường họ không có gì khác biệt với chúng
ta.