Электрические… — Задание 5 Физика 8 Класс №00049647
Электрические Явления
№2. Задание 5
ID: 00049647
Клеточная мембрана — это молекулярная структура, состоящая из белков и жиров. Основная функция мембраны — «барьерная» — отделять содержимое живой клетки от внешней среды, обеспечивать целостность клетки.

Известно, что при небольших напряжениях, приложенных к мембране ($U\lt200{-}300\text{ мВ}$), она ведёт себя как резистор и подчиняется закону Ома. При напряжениях свыше $200{-}300\text{ мВ}$ мембрана перестаёт подчиняться закону Ома: при увеличении напряжения ток резко возрастает, и мембрана разрушается.
1. Рассчитайте сопротивление мембраны исходя из следующих оценок её параметров:
— средняя толщина мембраны составляет $8\cdot10^{-9}\text{ м}$;
— удельное сопротивление мембраны равно $10^7\text{ Ом}\cdot\text{м}$;
— площадь поверхности мембраны примерно равна $3{,}2\cdot10^{-12}\text{ м}^2$.
2. Рассчитайте силу тока, проходящего через стенку мембраны, к которой приложено напряжение $80\text{ мВ}$. Ответ выразите в пикоамперах ($1\text{ пА}=10^{-12}\text{ А}$).
3. При растяжении мембраны под действием осмотического давления происходит увеличение площади её поверхности. Мембрана при этом становится тоньше. Во сколько раз изменится сила тока, текущего через мембрану, если площадь поверхности мембраны увеличится на $5\%$? Считайте, что объём мембраны и приложенное к ней напряжение остаются неизменными.
Источник: ВПР 2024
Решение
Представь мембрану как очень тонкий лист, сквозь который проходит ток. Путь тока короткий, зато материал почти не проводит, поэтому сопротивление выходит огромным. А ток получается крошечным, поэтому его и считают в пикоамперах.
Вопрос 1. Ток идёт поперёк стенки, поэтому длиной проводника служит толщина $d$:
$$R=\rho\dfrac{d}{S}$$
Считаем верх дроби отдельно:
$$\rho d=10^7\cdot8\cdot10^{-9}=8\cdot10^{-2}$$
Делим на площадь. При делении показатели степени вычитаются:
$$R=\dfrac{8\cdot10^{-2}}{3{,}2\cdot10^{-12}}=2{,}5\cdot10^{10}\text{ Ом}$$
Вопрос 2. Напряжение $80\text{ мВ}=0{,}08\text{ В}$ меньше $200{-}300$ мВ, значит, закон Ома применять можно:
$$I=\dfrac{U}{R}=\dfrac{0{,}08}{2{,}5\cdot10^{10}}=3{,}2\cdot10^{-12}\text{ А}$$
Один пикоампер — это $10^{-12}$ А, поэтому:
$$I=3{,}2\text{ пА}$$
Вопрос 3. Объём $V=Sd$ постоянен. Площадь выросла на $5\%$, то есть в $1{,}05$ раза, значит, толщина уменьшилась в $1{,}05$ раза. Заметь: сопротивление уменьшают сразу оба изменения, потому что толщина стоит наверху дроби, а площадь внизу:
$$\dfrac{R}{R'}=1{,}05\cdot1{,}05=1{,}1025\approx1{,}1$$
Напряжение не менялось, поэтому ток увеличится во столько же раз, примерно в $1{,}1$ раза.
Посчитаем напрямую. Новая площадь $3{,}36\cdot10^{-12}\text{ м}^2$, новая толщина $\dfrac{8}{1{,}05}\cdot10^{-9}\approx7{,}62\cdot10^{-9}\text{ м}$. Тогда $R'\approx2{,}27\cdot10^{10}$ Ом, и $2{,}5:2{,}27\approx1{,}1$.
Ответ
Другие задания по теме «Электрические Явления» (8)
- Задание 5 №00050330 — Клеточная мембрана — это молекулярная структура, состоящая из белков и жиров.…
- Задание 5 №00049648 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049578 — В электрическом чайнике мощностью 700Вт можно за 20 минут вскипятить 1,5 литра…
- Задание 5 №00049577 — На уроке физики при выполнении лабораторной работы ученик исследовал две тонкие…
- Задание 5 №00049576 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049575 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…
- Задание 5 №00049574 — В электрическом чайнике мощностью 800Вт можно за 15 минут вскипятить 1,5 литра…
- Задание 5 №00049573 — На первой электролампе написано, что она рассчитана на напряжение 110В и…