Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:36 • sest 21:19 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 16:44 • Sest 05:50 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 04:37 • Síðdegis: 17:05 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 10:57 • Síðdegis: 23:09 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Orkumál
Náttúruvísindi og verkfræði Lífvísindi: dýrafræði

Hvernig framleiðir hrökkáll rafmagn?

Logi Jónsson

Rafvirkni í frumum

Afar algengt er að ekki séu jafnmargar jákvæðar- og neikvæðar rafhleðslur sitt hvorum megin við frumuhimnur í frumum lífvera. Þessi munur á hleðslum leiðir til þess að spennumunur er yfir frumuhimnurnar og er sú hlið frumuhimnunnar sem snýr inn í frumuna alltaf neikvæð miðað við ytra borð frumunnar. Til dæmis er um það bil 0,07 volta (V) spennumunur yfir frumuhimnur í tauga- og vöðvafrumum í mönnum. Taugaboð berast sem rafpúlsar eftir taugafrumum um lengri eða skemmri vegalengdir um líkamann. Einnig eru slíkir rafpúlsar undanfari samdráttar í beinagrindarvöðvum. Styrkur þessara rafpúlsa er um 0,1 V og hver púls varir í um þúsundasta hluta úr sekúndu. Sams konar fyrirbrigði er einnig að finna í tauga- og vöðvafrumum í fiskum.

Raflíffæri í fiskum

Í sumum fiskum hafa þróast sérstök raflíffæri. Oft er um að ræða ummyndaðar vöðvafrumur sem misst hafa hæfileikann til að dragast saman, en þess í stað raðast þær hver á eftir annarri í raðir í sérstök raflíffæri. Þessu má líkja við þegar rafhlöðum er raðað hverri á eftir annarri í rafeindatækjum eða í vasaljósum.

Veik rafsvið

Sumir fiskar eru með raflíffæri í stirtlunni sem er aftast á fiskinum, en framanvið sporðinn. Í raflíffærinu myndast rafpúlsar með lágum styrk og breytilegri tíðni. Einkum á þetta við um ferskvatnsfiska sem lifa í gruggugum vötnum í Mið- og Suður-Ameríku og í Afríku. Þegar þessir fiskar senda út rafpúlsa myndast rafsvið umhverfis þá. Fiskarnir hafa skynfæri sem skynja breytingar í rafsviðinu. Ef aðskotahlutur, sem annaðhvort leiðir rafmagn betur eða verr en vatnið umhverfis fiskinn, kemur inn í rafsviðið þá verður röskun á rafsviðinu sem fiskarnir skynja. Þetta hjálpar þeim að forðast hindranir í umhverfinu og gerir þeim einnig kleift að finna bráð.

Rafskyn fiska getur verið ótrúlega næmt. Sem dæmi má nefna að háfar sem eru brjóskfiskar sem lifa í sjó, finna bráð með því að skynja rafvirkni í öndunarvöðvum fiskanna sem þeir nærast á. Umræddir háfar skynja rafsvið allt niður í 0,2 míkróvolt á sentímetra, sem svarar til þess að háfurinn myndi skynja rafsviðið sem myndaðist ef annar póllinn á 1,5 V rafhlöðu væri staðsettur í Reykjavík og hinn á Hvolsvelli, í 75 kílómetra fjarlægð í loftlínu.

Sterk rafsvið

Í nokkrum tegundum fiska eru mjög stór raflíffæri sem geta myndað sterk rafstuð sem þeir nota til að drepa bráð. Þeir þekktustu eru hrökkskatan og hrökkállinn.

Raffrumur liggja hver á eftir annarri eftir endilöngum hrökkálnum. Í hvíld berast ekki boð um taugar og þá eru raffrumurnar neikvætt hlaðnar að innan miðað við umhverfið. Hægra megin á myndinni er líkan sem sýnir að hvíldarástandi má líkja við þegar rafhlöðum er raðað saman þannig að annars vegar neikvæð og hins vegar jákvæð skaut snúa saman. Engin spenna mælist yfir rafhlöðurnar og á sama hátt er engin spenna yfir raffrumurnar.

Vegna þess að hrökkállinn er afar langur og mjór þá geta raffrumurnar raðast hver á eftir annarri langsum eftir fiskinum. Ekki er óalgengt að um 4000 raffrumur séu í halarófu eftir fiskinum endilöngum. Fjöldi raffrumuraða sem legið geta hlið við hlið er aftur á móti takmarkaður því fiskurinn er mjór miðað við lengd. Mynd 1 sýnir tvær raffrumur ásamt taug sem tengist annari hlið raffrumnanna.

Í hvíld eru raffrumurnar neikvætt hlaðnar að innan en jákvætt hlaðnar að utanverðu. Líta má á frumuhimnu á hvorri hlið frumu sem rafhlöðu og snúa neikvæðu skautin inn í frumuna á móti hvort öðru eins og sýnt er á líkaninu hægra megin á myndinni. Líkanið sýnir einnig að jákvæðu skautin, sem svara til ytra borðsins á frumuhimnunum, snúa einnig á móti hvort öðru. Við þessar aðstæður vinna rafhlöðurnar gegn hvorri annarri þannig að engin spenna (0 V) mælist yfir rafhlöðurnar og á sama hátt er engin spenna yfir raffrumurnar.

Þegar taugaboð berast til raffrumnanna verður breyting á eiginleikum himnunnar á þeirri hlið sem tekur á móti boðunum. Í örstutta stund verða fleiri jákvæðar hleðslur innan á himnu frumnanna miðað við umhverfi þeirra. Engin breyting verður á hleðslum við raffrumurnar sem ekki taka við boðum. Hægra megin á myndinni er líkan sem sýnir að þessu ástandi má líkja við þegar rafhlöðum er raðað saman þannig að neikvæð og jákvæð skaut snúa saman. Spenna rafhlaðanna leggst þá saman og á sama hátt mælist spenna yfir raffrumurnar.

Þegar hrökkállinn myndar rafstuð (mynd 2) eru taugaboð send til raffrumnanna. Taugaboð berast til raffrumnanna og breyting verður á eiginleikum himnunnar á þeirri hlið sem tekur á móti boðunum. Í örstutta stund verða fleiri jákvæðar hleðslur innan á himnu frumnanna miðað við umhverfi þeirra. Engin breyting verður á hleðslum við himnu raffrumnanna sem ekki tekur við boðum. Hægra megin á myndinni er líkan sem sýnir að þessu ástandi má líkja við þegar rafhlöðum er raðað saman þannig að neikvæð- og jákvæð skaut snúa saman. Spenna rafhlaðanna leggst þá saman og á sama hátt mælist spenna yfir raffrumurnar. Spenna yfir eina slíka raffrumu hefur mælst um það bil 0,15 V þannig að spennan yfir raffrumurnar tvær á mynd 2 er 0,3 V. Því fleiri sem raffrumurnar eru í röð á eftir hverri annarri þeim mun hærri verður spennan sem hrökkállinn getur myndað.

Eins og að ofan greinir er ekki óalgengt að í hverri röð séu um 4000 frumur. Samkvæmt þessu ætti spennan að geta orðið um 600 V sem er nokkuð algengt að mæla í hrökkálum. Hæsta spenna sem mælst hefur mun þó vera 866 V. Takmarkaður straumur fer í gegnum hverja raffrumuröð og þar sem þær eru tiltölulega fáar við hlið hver annarrar þá er rafstraumurinn um 1 amper (A). Aflið eða afköstin í einu rafstuði frá hrökkáli eru því nálægt 600 wöttum (W). Til samanburðar má nefna að í hrökkskötum eru raðir raffrumna tiltölulega stuttar enda liggja þær upp og niður, þversum í gegnum börðin. Rafstuð hrökkskötunnar er því aðeins um 50 V. Raðirnar eru aftur á móti fjölmargar og liggja hlið við hlið í börðum skötunnar þannig að straumstyrkurinn getur orðið hár. Þannig hefur mælst um 50 A straumur frá hrökkskötu og afköstin eru um 2500 W.

Hrökkállinn beitir rafstuðum til að deyfa eða deyða bráð. Hann leggst í hálfhring umhverfis bráðina og hleypir af rafstuði. Við það verður hausinn á álnum jákvætt hlaðinn (+ skaut) en sporðurinn með neikvæða hleðslu (- skaut) og straumur fer frá höfði, út í vatnið og til sporðs. Vegna þess að bráðin leiðir rafstraum betur en ferska vatnið sem hún og állinn lifa í þá fer mesti hluti straumsins í gegnum bráðina og hún vankast eða deyr.

Sú spurning hlýtur að vakna hvort hrökkállinn missi ekki líka meðvitund þegar rafstraumur fer í gegnum hann. Því er til að svara að heili og mæna hrökkála eru umlukin fitulagi. Fita er slæmur leiðari og einangrar því miðtaugakefi hrökkála. Þó svo að þeir vankist við eigið rafstuð þá eru þeir einfaldlega fljótari en bráðin að jafna sig eftir rafstuðið þannig að þeir geta gripið bráðina áður en hún rankar við sér og forðar sér.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Höfundur

Logi Jónsson

dósent í líffræði við HÍ

Útgáfudagur

16.10.2002

Spyrjandi

Ragnar H . Sigtryggsson,
f. 1987

Efnisorð

Tilvísun

Logi Jónsson. „Hvernig framleiðir hrökkáll rafmagn?“ Vísindavefurinn, 16. október 2002. Sótt 20. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=2787.

Logi Jónsson. (2002, 16. október). Hvernig framleiðir hrökkáll rafmagn? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2787

Logi Jónsson. „Hvernig framleiðir hrökkáll rafmagn?“ Vísindavefurinn. 16. okt. 2002. Vefsíða. 20. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2787>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvernig framleiðir hrökkáll rafmagn?
Rafvirkni í frumum

Afar algengt er að ekki séu jafnmargar jákvæðar- og neikvæðar rafhleðslur sitt hvorum megin við frumuhimnur í frumum lífvera. Þessi munur á hleðslum leiðir til þess að spennumunur er yfir frumuhimnurnar og er sú hlið frumuhimnunnar sem snýr inn í frumuna alltaf neikvæð miðað við ytra borð frumunnar. Til dæmis er um það bil 0,07 volta (V) spennumunur yfir frumuhimnur í tauga- og vöðvafrumum í mönnum. Taugaboð berast sem rafpúlsar eftir taugafrumum um lengri eða skemmri vegalengdir um líkamann. Einnig eru slíkir rafpúlsar undanfari samdráttar í beinagrindarvöðvum. Styrkur þessara rafpúlsa er um 0,1 V og hver púls varir í um þúsundasta hluta úr sekúndu. Sams konar fyrirbrigði er einnig að finna í tauga- og vöðvafrumum í fiskum.

Raflíffæri í fiskum

Í sumum fiskum hafa þróast sérstök raflíffæri. Oft er um að ræða ummyndaðar vöðvafrumur sem misst hafa hæfileikann til að dragast saman, en þess í stað raðast þær hver á eftir annarri í raðir í sérstök raflíffæri. Þessu má líkja við þegar rafhlöðum er raðað hverri á eftir annarri í rafeindatækjum eða í vasaljósum.

Veik rafsvið

Sumir fiskar eru með raflíffæri í stirtlunni sem er aftast á fiskinum, en framanvið sporðinn. Í raflíffærinu myndast rafpúlsar með lágum styrk og breytilegri tíðni. Einkum á þetta við um ferskvatnsfiska sem lifa í gruggugum vötnum í Mið- og Suður-Ameríku og í Afríku. Þegar þessir fiskar senda út rafpúlsa myndast rafsvið umhverfis þá. Fiskarnir hafa skynfæri sem skynja breytingar í rafsviðinu. Ef aðskotahlutur, sem annaðhvort leiðir rafmagn betur eða verr en vatnið umhverfis fiskinn, kemur inn í rafsviðið þá verður röskun á rafsviðinu sem fiskarnir skynja. Þetta hjálpar þeim að forðast hindranir í umhverfinu og gerir þeim einnig kleift að finna bráð.

Rafskyn fiska getur verið ótrúlega næmt. Sem dæmi má nefna að háfar sem eru brjóskfiskar sem lifa í sjó, finna bráð með því að skynja rafvirkni í öndunarvöðvum fiskanna sem þeir nærast á. Umræddir háfar skynja rafsvið allt niður í 0,2 míkróvolt á sentímetra, sem svarar til þess að háfurinn myndi skynja rafsviðið sem myndaðist ef annar póllinn á 1,5 V rafhlöðu væri staðsettur í Reykjavík og hinn á Hvolsvelli, í 75 kílómetra fjarlægð í loftlínu.

Sterk rafsvið

Í nokkrum tegundum fiska eru mjög stór raflíffæri sem geta myndað sterk rafstuð sem þeir nota til að drepa bráð. Þeir þekktustu eru hrökkskatan og hrökkállinn.

Raffrumur liggja hver á eftir annarri eftir endilöngum hrökkálnum. Í hvíld berast ekki boð um taugar og þá eru raffrumurnar neikvætt hlaðnar að innan miðað við umhverfið. Hægra megin á myndinni er líkan sem sýnir að hvíldarástandi má líkja við þegar rafhlöðum er raðað saman þannig að annars vegar neikvæð og hins vegar jákvæð skaut snúa saman. Engin spenna mælist yfir rafhlöðurnar og á sama hátt er engin spenna yfir raffrumurnar.

Vegna þess að hrökkállinn er afar langur og mjór þá geta raffrumurnar raðast hver á eftir annarri langsum eftir fiskinum. Ekki er óalgengt að um 4000 raffrumur séu í halarófu eftir fiskinum endilöngum. Fjöldi raffrumuraða sem legið geta hlið við hlið er aftur á móti takmarkaður því fiskurinn er mjór miðað við lengd. Mynd 1 sýnir tvær raffrumur ásamt taug sem tengist annari hlið raffrumnanna.

Í hvíld eru raffrumurnar neikvætt hlaðnar að innan en jákvætt hlaðnar að utanverðu. Líta má á frumuhimnu á hvorri hlið frumu sem rafhlöðu og snúa neikvæðu skautin inn í frumuna á móti hvort öðru eins og sýnt er á líkaninu hægra megin á myndinni. Líkanið sýnir einnig að jákvæðu skautin, sem svara til ytra borðsins á frumuhimnunum, snúa einnig á móti hvort öðru. Við þessar aðstæður vinna rafhlöðurnar gegn hvorri annarri þannig að engin spenna (0 V) mælist yfir rafhlöðurnar og á sama hátt er engin spenna yfir raffrumurnar.

Þegar taugaboð berast til raffrumnanna verður breyting á eiginleikum himnunnar á þeirri hlið sem tekur á móti boðunum. Í örstutta stund verða fleiri jákvæðar hleðslur innan á himnu frumnanna miðað við umhverfi þeirra. Engin breyting verður á hleðslum við raffrumurnar sem ekki taka við boðum. Hægra megin á myndinni er líkan sem sýnir að þessu ástandi má líkja við þegar rafhlöðum er raðað saman þannig að neikvæð og jákvæð skaut snúa saman. Spenna rafhlaðanna leggst þá saman og á sama hátt mælist spenna yfir raffrumurnar.

Þegar hrökkállinn myndar rafstuð (mynd 2) eru taugaboð send til raffrumnanna. Taugaboð berast til raffrumnanna og breyting verður á eiginleikum himnunnar á þeirri hlið sem tekur á móti boðunum. Í örstutta stund verða fleiri jákvæðar hleðslur innan á himnu frumnanna miðað við umhverfi þeirra. Engin breyting verður á hleðslum við himnu raffrumnanna sem ekki tekur við boðum. Hægra megin á myndinni er líkan sem sýnir að þessu ástandi má líkja við þegar rafhlöðum er raðað saman þannig að neikvæð- og jákvæð skaut snúa saman. Spenna rafhlaðanna leggst þá saman og á sama hátt mælist spenna yfir raffrumurnar. Spenna yfir eina slíka raffrumu hefur mælst um það bil 0,15 V þannig að spennan yfir raffrumurnar tvær á mynd 2 er 0,3 V. Því fleiri sem raffrumurnar eru í röð á eftir hverri annarri þeim mun hærri verður spennan sem hrökkállinn getur myndað.

Eins og að ofan greinir er ekki óalgengt að í hverri röð séu um 4000 frumur. Samkvæmt þessu ætti spennan að geta orðið um 600 V sem er nokkuð algengt að mæla í hrökkálum. Hæsta spenna sem mælst hefur mun þó vera 866 V. Takmarkaður straumur fer í gegnum hverja raffrumuröð og þar sem þær eru tiltölulega fáar við hlið hver annarrar þá er rafstraumurinn um 1 amper (A). Aflið eða afköstin í einu rafstuði frá hrökkáli eru því nálægt 600 wöttum (W). Til samanburðar má nefna að í hrökkskötum eru raðir raffrumna tiltölulega stuttar enda liggja þær upp og niður, þversum í gegnum börðin. Rafstuð hrökkskötunnar er því aðeins um 50 V. Raðirnar eru aftur á móti fjölmargar og liggja hlið við hlið í börðum skötunnar þannig að straumstyrkurinn getur orðið hár. Þannig hefur mælst um 50 A straumur frá hrökkskötu og afköstin eru um 2500 W.

Hrökkállinn beitir rafstuðum til að deyfa eða deyða bráð. Hann leggst í hálfhring umhverfis bráðina og hleypir af rafstuði. Við það verður hausinn á álnum jákvætt hlaðinn (+ skaut) en sporðurinn með neikvæða hleðslu (- skaut) og straumur fer frá höfði, út í vatnið og til sporðs. Vegna þess að bráðin leiðir rafstraum betur en ferska vatnið sem hún og állinn lifa í þá fer mesti hluti straumsins í gegnum bráðina og hún vankast eða deyr.

Sú spurning hlýtur að vakna hvort hrökkállinn missi ekki líka meðvitund þegar rafstraumur fer í gegnum hann. Því er til að svara að heili og mæna hrökkála eru umlukin fitulagi. Fita er slæmur leiðari og einangrar því miðtaugakefi hrökkála. Þó svo að þeir vankist við eigið rafstuð þá eru þeir einfaldlega fljótari en bráðin að jafna sig eftir rafstuðið þannig að þeir geta gripið bráðina áður en hún rankar við sér og forðar sér.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:...