Processing math: 100%
Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

17.6: Застосування електростатики

  2. Last updated
    Oct 27, 2022
  3. Save as PDF

  • Boundless
  • Boundless

цілі навчання

  • Охарактеризуйте вплив процесу реплікації ДНК на водневі зв'язки

Всі живі організми містять або ДНК, або РНК. Ці молекули містять генетичну інформацію, яка визначає (або принаймні впливає) на всі характеристики організму. Як в ДНК, так і в РНК електростатика відіграє головну роль. Для цілей цього атома ми зосереджуємося саме на ДНК.

ДНК - це велика макромолекула, яка (в тривимірному просторі) утворює форму подвійної спіралі, як показано в. «Кістяк» кожної спіралі формується з чергуються дезоксирибози та фосфатних субодиниць, як показано в. Кожна дезоксирибоза з'єднана з основою, яка простягається між двома кістками. У ДНК можна знайти чотири основи: аденін, гуанін, цитозин і тимін. Їх впорядкування в послідовності визначає генетичні особливості материнського організму.

зображення

Фосфат в ДНК: Складні молекули, що складають нашу ДНК, утримуються разом фосфат-дезоксирибозним хребтом, як показано.

Підстави кожної нитки ДНК розташовані близько один до одного, але не в результаті формальних хімічних зв'язків. Електростатичні взаємодії, в даному випадку інакше відомі як водневі зв'язки, - це те, що утримує ці зв'язки разом.

У, (наприклад гуанін і цитозин) є три випадки, в яких атоми водню притягуються до сусідніх атомів азоту і кисню (позначаються пунктирними лініями). Для аденіну і тиміну існує дві таких водневих зв'язку. Ці взаємодії можна моделювати як електростатичні взаємодії - електрони від атомів кисню та азоту є негативними і притягуються до оголених ядер (які є позитивними) сусідніх атомів водню. Ці водневі зв'язки відносно слабкі, але їх сума досить сильна, щоб утримувати дві нитки ДНК разом.

зображення

Водневий зв'язок між гуаніном та цитозином: У випадку гуаніна та цитозину є три випадки, коли атоми водню притягуються до сусідніх атомів азоту та кисню (позначаються пунктирними лініями).

Коли ДНК реплікується, як це відбувається при клітинному розмноженні, вона спочатку «розпаковується» будь-яким з ряду ферментів, відомих як ДНК Helicases. Ці ферменти розривають електростатичні водневі зв'язки між двома нитками.

Ксерокопіювальні машини та принтери

Копіювальні апарати використовують ксерографію, процес, який використовує принципи електростатики, для копіювання зображень.

цілі навчання

  • Опишіть функції ксерокс і розрізніть три етапи ксерографії

Ксерокс - це машина, яка друкує копії документів і зображень на папері. В даний час більшість копіювальних апаратів використовують процес, який називається ксерографією, який є сухим і використовує тепло при друку.

Різні моделі фотокопіювальних апаратів дещо різняться за своїми методами, але перший екземпляр ксерографії передбачав використання фотодатчика з копіювальною камерою і окремим блоком обробки. До цього дня ксерографія проводиться в п'ятиступінчастому процесі, в якому важливу роль відіграє електростатика. Цей процес складається з поясненнями кожного кроку, викладеного в тексті нижче.

зображення

Як працює ксерокс: Це зображення описує, як працює ксерокс.

Зарядка

На першому етапі ксерографії високовольтний пристрій (або коронний дріт, або зарядний ролик) заряджає циліндричний барабан. Це відбувається коронним розрядом, при цьому вихід обмежений керуючою сіткою або екраном: негативний заряд на дроті іонізує простір між проводом і провідником, тому електрони відштовхуються і штовхаються на провідник. Провідник ставиться поверх провідної поверхні і утримується на потенціалі заземлення.

Полярність заряду може змінюватися в залежності від бажаних ефектів. Позитивний процес використовується для отримання чорних на білих копіях, тоді як негативний процес використовується для отримання чорного на білому з негативних оригіналів.

Експозиція

Світильник висвітлює оригінал документа. Білі ділянки оригіналу відбивають світло на поверхню барабана, який проявляє фотопровідність (він стає провідником при наявності світла). Ділянки барабана, що піддаються впливу світла, потім скидаються на землю; інші частини барабана (які не є провідними, не піддаючись впливу світла) залишаються негативно зарядженими. Таким чином, в результаті виходить електричне зображення на поверхні барабана.

Розвиваючий

Тонер, порошок, який використовується для формування зображень на папері, заряджений позитивно. При його розміщенні на барабані його притягують негативні (чорні) ділянки. Це розвиває образ.

Трансфер

Зображення з тонером на барабані переноситься на аркуш паперу з більшим негативним зарядом, ніж на барабані.

Фьюзинг

Тонер розплавляється і склеюється з папером за допомогою нагрівальних і притискних роликів.

Слід зазначити, що наведене вище пояснення характерно для сучасних копіювальних апаратів, але деякі старі копіювальні апарати використовують позитивний барабан і папір, і негативно заряджений тонер.

Генератори Ван де Графа

Генератор Ван де Граафа - це пристрій, який можна використовувати для поділу зарядів і створення перепадів потенціалів в діапазоні мегавольт.

цілі навчання

  • Визначте та опишіть функції основних частин генератора Ван де Граафа

Генератор Ван де Граафа - це пристрій, що використовується для поділу електричних зарядів. Використовуючи рухомий пояс, він може створити надзвичайно високі перепади потенціалів. У деяких випадках вони можуть досягати значення, що перевищує п'ять мегавольт.

По суті, генератор Ван де Граафа складається з гнучкого діелектричного пояса (зазвичай використовується шовк), що працює над двома металевими шківами. Один з таких шківів оточений порожнистою металевою сферою. Два електроди розташовані біля нижньої частини нижнього шківа і всередині сфери, над верхнім шківом. Одна гребінець з'єднується зі сферою, а інша з'єднується з землею. На цьому малюнку до верхнього ролика прикладається високий позитивний потенціал постійного струму.

зображення

Схема генератора Ван де Граафа: Цифри на схемі вказують: 1) порожниста металева сфера; 2) верхній електрод; 3) верхній ролик (наприклад акрилове скло); 4) сторона пояса з позитивними зарядами; 5) протилежна сторона ременя з негативними зарядами; 6) нижній валик (метал); 7) нижній електрод (заземлення); 8) сферичний пристрій з негативними зарядами, що використовується для розряду основної сфери; 9) іскра, що утворюється різницею потенціалів

Поділ заряду в генераторі Ван де Граафа є складним, багатоступінчастим процесом. Завдяки електричному полю навколо нижнього шківа ремінь отримує негативний заряд у міру проходження нижньої гребінці. Коли ремінь стикається з верхнім валиком, він залишає валик з негативним зарядом у міру передачі електронів. Електрони просочуються від ременя до верхньої гребінці, а потім до клеми, залишаючи ремінь позитивно зарядженим, а клему негативно зарядженим. Сфера діє як щит Фарадея, захищаючи верхній валик і гребінець від електричного поля, виробленого зарядами на зовнішній стороні сфери. В кінцевому підсумку відбувається розряд, і ремінь змінює полярність. Коли ремінь триває, зарядний струм проходить через ремінь, і сфера бере на себе все більше негативного заряду, поки швидкості, з якими він набирає і втрачає заряд (що виникає внаслідок витоку та коронного розряду), не дорівнюють. Кінцевий потенціал пропорційний розміру сфери і її відстані від землі.

Ключові моменти

  • У ДНК водневі зв'язки між парами основ утримують дві протилежні нитки разом.
  • Водневі зв'язки, які утримують ДНК разом, є електростатичними взаємодіями між ядром атома водню та електронами кисню або атома азоту.
  • Коли ДНК реплікується, фермент helicase «розпаковує» подвійну спіраль, розриваючи водневі зв'язки, які утримують її разом у центрі.
  • На першому етапі ксерографії високовольтний пристрій (або коронний дріт, або зарядний ролик) заряджає циліндричний барабан.
  • На другому кроці світильник висвітлює оригінал документа. Білі ділянки оригіналу відбивають світло на поверхню барабана, який є фотопровідним. Ділянки барабана піддаються впливу світла, потім скидаються на землю.
  • Далі на барабан поміщається тонер, позитивно заряджений порошок, який використовується для формування зображень на папері. Його приваблюють негативні (чорні) ділянки. Це розвиває образ.
  • Зображення з тонером на барабані потім переноситься на аркуш паперу з більшим негативним зарядом, ніж барабан.
  • Нарешті, тонер розплавляється і склеюється з папером за допомогою нагрівальних і притискних роликів.
  • По суті, генератор Ван де Граафа складається з гнучкого діелектричного пояса (зазвичай використовується шовк), що працює над двома металевими шківами.
  • Ремінь використовується для транспортування заряду, ізолюючи позитивний заряд від негативного заряду.
  • Максимальна різниця потенціалів, яку може створити генератор Ван де Граафа, досягається, коли швидкість, з якою сфера (яка тримає заряд) отримує і втрачає заряд, рівні. Заряд може бути втрачений від витоку і коронного розряду.

Ключові умови

  • основа: нуклеотидна нуклеотидна основа в контексті біополімеру ДНК або РНК.
  • фотопровідність: Збільшення електропровідності матеріалу в результаті падаючого електромагнітного випромінювання
  • ксерографія: процес ксерокопіювання, при якому негативне зображення, утворене на електрично зарядженій пластині, переноситься як позитивне на папір і термічно фіксується
  • Щит Фарадея: Клітка Фарадея або щит Фарадея - це вольєр, утворений провідним матеріалом або сіткою з такого матеріалу. Такий корпус блокує зовнішні статичні і нестатичні електричні поля.
  • полярність: поділ, вирівнювання або орієнтація чогось на два протилежні полюси
  • коронний розряд: електричний розряд, спричинений іонізацією рідини, що оточує провідник, який знаходиться під електричним напругою

ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ