電鰻為什麼會放電?

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在兩千多年前,人們就發現有會放電的魚類,如電鰻、電鰩、電鯰、瞻星魚等。電鰻在放電動物中最為常見(對我國不去水族館的人來說它們都很少見)。

享有“水中高壓線”美譽的電鰻,瞬時電壓竟然能達到800多伏,比我們家庭用電的220V電壓要大得多,簡直讓人驚掉下巴!享有極高知名度的電鰻,是怎麼發電的?會不會電死自己?


生物電流

生物的細胞、組織和器官在活動的時候都可能會產生微弱的電流和電位,神經活動和肌肉運動時發生信息傳遞就會有電流產生,信息的傳遞靠細胞間動作電勢完成,但是這些電流極其微弱,並且無法積聚,所以普通的生物我們並不能放電。

秋冬人體發生的靜電是因為衣物和人大量摩擦,冬天空氣乾燥,靜電更容易發生,但並不是我們能夠放電。


電鰻的結構

電鰻改變了自身的某些肌肉細胞,它們不同於普通細胞,稱為“發電細胞”,組成發電器官,位於身體後部的兩側肌肉組織內,能放電的肌肉組織能佔到電鰻身體的80%。

電鰻擁有成千上萬的發電細胞,這些細胞內電解質的濃度發生變化的時候會產生一種懈怠電荷的離子流,每個細胞都像一個小小的電池,單獨的一個細胞只能產生微弱的電壓,但是發電器官內成千上萬的發電細胞好比是無數串聯在一起電池,通過串聯可以將電壓累積在一起,從而產生很高的電壓。

電鰻放電能力

前天《自然》雜誌新發表的一篇文章,科學家發現了新的電鰻物種,能產生高達860V的電壓,以往發現的電鰻物種,放電能力通常在300V-800V之間,這次發現的名為Electrophorus voltai

是目前為止放電量最大的,遠高於以往測量到的電鰻,不愧是“水中高壓線”。

物理課上,36V以下的電壓是安全電壓,高於36V的就有可能對人造成傷害了,而電鰻放電能力普遍都高於了我們家用電器220V的電壓。


放電的作用

作為魚類的電鰻,它的身體柔軟,牙齒也不鋒利,而放電成為它們最有效的捕食方法。

放電捕食:電鰻通常生活在泥濘的渾水中,它們的視力退化,在渾水中本也難看清什麼,電鰻利用自己體內的電流,電流如雷達一般,是它們的探測器,利用微弱的電流去“觀看”周圍環境,尋找獵物。當電鰻發現獵物後,它們會放電進擊暈獵物,也還會藏匿自己,遠程放電去攻擊並誘導獵物。


電鰻會電到自己嗎?

電鰻之所以能夠利用放電進行捕獵,是因為江河湖海水是電的良導體,而電鰻自身也在水中,但它並不會電到自己。

電鰻體內所有重要的器官以及放電器官兩側,都被絕緣性很高的結構包裹住了,它們在水中放電的時候,電流是通過水傳播,自身好比是包裹防電層的,所以不會電到自己。

但是一旦它受傷,如果身體兩側的絕緣結構同時受損,它自己放電的時候就好比裸露的兩根電線,那麼放電的時候就也會電到自己。

同時如果電鰻不是在水中,而是在空氣中放電,空氣可以說是很難導電的,這時候空氣的電阻會遠高於電鰻自身的絕緣層,那麼它在空氣中放電就也會電到自己。


電鰻仿生

17年12月的《自然》雜誌上一篇文章介紹了一種模仿電鰻而造的電源,這種電源可以為心臟起搏器等身體內的電子設備供電。研究人員通過研究電鰻發電細胞如何產生強大電流,利用水凝膠,模擬電鰻的發電細胞解剖結構,然後將2500個左右類似結構組合在一起,組成一個能夠產生110V電壓的靈活且透明的電源。

但因為電鰻的發電細胞這樣的自然產物更薄,電阻更小,這個仿生電池的總輸出功率還比不上電鰻的放電能力,但未來,也許人能造出更厲害的設備。


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電鰻放電的本事來自它體內的一些能放電的細胞。

在電鰻的體內有一些特殊的細胞,當這些細胞受到神經刺激後,會打開其表面的離子通道,讓大量的離子迅速通過細胞膜,而帶電離子的運動就形成了電流。每一個細胞能產生的電壓雖然只有0.15伏左右,但因為電鰻體內有很多這樣的細胞,無數的細胞首尾相連,就構成了一種串聯結構。從總體上看,電鰻就像一節超大號的電池,它的頭部是負極,尾部是正極,電壓能達到600-800伏。

當電鰻放電時,因為電鰻的身體有脂肪組織,這些組織的電阻很大,而它生活的環境——水,的電阻很小,於是電流就傾向於從水中傳播。而電鰻身體雖然也會有一些電流通過,但因為它已經適應了這種相對較低的電流,所以不會被自己電死。

不過,電鰻的放電細胞不能持續高強度放電,隨著放電次數的增加,它很快就會陷入疲憊狀態,因此在生活中電鰻輕易不會用最大強度放電,而是用低電流完成環境探索、警示天地等行為,只有面對過於強的天敵時才會放強電。


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電鰻體內有一些細胞就像小型的疊層電池,當它被神經信號所激勵時,能陡然使離子流通過它的細胞膜。電鰻體內從頭到尾都有這樣的細胞,就像許多疊在一起的疊層電池。當產生電流時,所有這些電池(每個電池電壓約0.15伏)都串聯起來,這樣在電鰻的頭和尾之間就產生了很高的電壓。許多這樣的電池組又並聯起來,這樣就能在體外產生足夠大的電流。用這些電流足以將它的獵物或天敵擊暈或擊斃。

同時電鰻也可以電死人。


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電鰻體內有一些細胞就像小型的疊層電池,當它被神經信號所 電鰻激勵時,能陡然使離子流通過它的細胞膜。電鰻體內從頭到尾都有這樣的細胞,就像許多疊在一起的疊層電池。當產生電流時,所有這些電池(每個電池電壓約15伏)都串聯起來,這樣在電鰻的頭和尾之間就產生了很高的電壓。許多這樣的電池組又並聯起來,這樣就能在體外產生足夠大的電流。用這些電流足以將它的獵物或天敵擊暈或擊斃。淡水裡的電魚需要更多的電池串聯在一起,因為淡水的電阻較大,產生同樣的電流需要更高的的電壓。



  電鰻的放電器官在身體的兩側,而且它大部分的身體或重要的器官都由絕緣性很高的構造包住,在水中就像是一個大電池。我們知道電流會由電阻最小的通路經過,所以在水中放電時,電流會經由水(電阻比電鰻身體小)傳遞,電鰻並不會電到自已。但如果電鰻被抓到空氣中,因空氣的電阻比它身體的電阻更大,放電的話就會電到自已了。另外,如果電鰻受傷使兩側的絕緣體同時破損的話,放電時就會像兩條裸露的電線一樣發生短路的現象。它所釋放的電量,能夠輕而易舉地把比它小的動物擊死,有時還會擊斃比它大的動物,如正在河裡涉水的馬和游泳的牛也會被電鰻擊昏。







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電鰻的體型和鰻很相似,他們靠釋放電來捕食或自衛,人們通常稱之為電鰻。



它的身體內部有一種奇特的放電器官,這種器官分佈在尾部脊椎兩側的肌肉中,呈長菱形。



發電器分佈在兩側的肌肉內,是由許多電板組成。頭為負極,尾為正極,電流從尾部流向頭部。當電鰻的頭部與尾部觸及敵體或受到刺激時,就會有強大的電流產生。



在一條小的電鰻體內,1釐米身體內就有230個能產生電的神經末梢細胞,也就能產生32伏的電壓。與小的電鰻相比,大的電鰻,每釐米身體內細胞數少一些,可細胞的體積要大一些。這些細胞集中在電鰻的尾部。



電鰻放電是它捕獲獵物的主要手段,也是它生存的主要手段。它不但能將老鼠、麻雀電死,甚至能電死比它自己大得多的牛、馬等動物。可見電鰻多麼兇險。



除了電鰻以外,還有電鯰魚、電鰩魚等可以放電的魚類,它們放電的原理和電鰻是一樣的。


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就是電容放電啊


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電鰻有大腦控制神經傳導至肌肉應激,肌中細胞中細胞質液壓縮,細胞外液與內液形成壓差,使外液形成正電荷性,大量的正電性使鰻皮裡層大量帶電粒子向內速移,外鰻皮如同電容極一樣從周圍環境中取電子補充對等電子,大量組合形成高負電壓小電流,使他物有刺痛感。因質液壓縮次數有限幾次後無電子壓放電,要放平衡內外細胞質液差後再壓縮,在空氣中無法獲得負電子而失效。


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電鰻進化的功能,其實電的原理很簡單,生物進化過程中,有特殊功能的生物留存,那麼電鰻早期生活環境應激反應等促成電鰻偶然產生簡單化學反應,這個反應產生電流,這個技能然後在活動過程中有利,那麼就產生了電鰻,其他生物比如海豚利用聲吶,蝙蝠利用回聲定位等類似吧,不過我沒有讀過這方面專業書籍,具體原因我也是不懂,諒解


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