Obwód elektryczny i jego występowanie w naturze

Obwód elektryczny stanowią połączone ze sobą elementy, które tworzą zamkniętą drogę, po której może przepłynąć prąd. Pokrótce przypomnijmy sobie, co dzieje się w takim obwodzie. Są to trzy rodzaje procesów energetycznych – gromadzenie, wytwarzanie oraz rozpraszanie energii. Element obwodu, który może wytwarzać energię, nazywamy aktywnym. Zalicza się do nich w odpowiednim układzie tranzystory, lampy elektronowe, czy po prostu baterie. Elementy pasywne (zwane też biernymi), nie wytwarzają energii, lecz mogą ją magazynować. Należą do nich cewki, które akumulują energię w polu magnetycznym, czy kondensatory – magazynujące ją w polu elektrycznym.

Do elementów biernych zaliczamy także rezystor, który z kolei rozprasza energię, najczęściej pod postacią ciepła. Rozpatrując obwody elektryczne, stosujemy prawo Ohma, które opisuje zależności między oporem, natężeniem i napięciem w obwodzie, oraz prawa Kirchhoffa, które w obwodach rozgałęzionych opisują rozkład natężeń i napięć. Ponadto, obiekty w obwodzie można łączyć ze sobą na dwa sposoby – szeregowo lub równolegle. W połączeniu szeregowym sumujemy rezystancje, w równoległym również, z tym że ich odwrotności. Opisane zależności pomogą nam wyjaśnić działanie narządów elektrycznych ciekawego zwierzęcia, jakim jest węgorz elektryczny.

Obwód elektryczny i jego występowanie w naturze

Węgorze elektryczne, zwane też strętwami, występują w wodach południowej Ameryki. Już od swoich wczesnych stadiów rozwoju posiadają narząd, który je wyróżnia spośród wielu organizmów- płytki elektryczne. Są one fizjologicznymi źródłami siły elektromotorycznej. Każda ryba tego gatunku posiada wiele takich płytek, które tworzą obwód elektryczny, a zamyka go woda.

Prąd wytwarzany przez to zwierzę można łatwo wyliczyć. Załóżmy, że każdy węgorz ma 140 rzędów płytek po 5000 sztuk, a każda z nich wytwarza siłę elektromotoryczną równą 0,15 V i ma opór wewnętrzny 0,25 Ω. Woda otaczająca węgorza ma z kolei opór równy 800 Ω. W każdym rzędzie płytki są połączone szeregowo, zatem ich opór wewnętrzny będzie równy 5000*0,25Ω = 1250 Ω, a SEM przez nie wytwarzane – 5000*0,15 V = 750 V. Ponieważ wszystkie te rzędy są połączone równolegle, można stąd łatwo obliczyć, że natężenie prądu wytwarzane przez węgorza wynosi ok. 1 A. Takie natężenie prądu jest już zabójcze dla innej ryby, która dotknęłaby głowy bądź ogona węgorza.

No dobrze, ale w takiej sytuacji, jak to się dzieje, że węgorz nie zabija sam siebie? Ponieważ rzędy w ciele zwierzęcia są identyczne, to każdy z nich będzie wytwarzał taki sam, więc i dużo mniejszy prąd. Dokładnie, każdy rząd będzie wytwarzał natężenie około 0,007 A i zostanie ono rozłożone po całym ciele zwierzęcia, więc nie zrobi mu krzywdy.