Big Bang Physik 6, Schulbuch

f998fe 90  GG 6.2/G 6.2 Elektrizitätslehre/Elektrische Energie Mensch und Elektrizität 24  Es gäbe auf dieser Erde keine höheren Lebewesen, also auch keine Menschen, gäbe es keine Elektrizität. Denn die Nerven (Abb. 22.1, S. 70) funktionieren mit Hilfe von elektrischer Ladung und somit auch alle deine Sinne, das Denken und deine Muskeln. Diese Tatsache nutzt man in der Medizin, indem man die elektrischen Spannungen im Körper sichtbar macht, etwa die des Herzens oder des Gehirns. 24.1 Nervenzündschnur Nervenzelle und Reizleitung Der Mensch hat unvorstellbare 100 Milliarden Nervenzellen! Hier geht’s in aller Kürze darum, wie diese Nervenzellen Informationen weiterleiten. Nervenzellen leiten Informationen mit Hilfe elektrischer Impulse weiter (Abb. 24.1). Wenn du diese Zeilen liest, dann trifft Licht deine Netzhaut, wird dort in elektrische Signale umgewandelt und durch den Sehnerv an dein Gehirn gesen- det. Alle Sinnesorgane funktionieren nach diesem Prinzip. Die Farbe Rot, der Geruch von Vanille oder fetzige Musik: Nüchtern betrachtet besteht deine „Wirklichkeit“ immer aus elektrischen Reizen , die dein Gehirn interpretiert. Umge- kehrt sendet dein Gehirn elektrische Reize aus, damit sich deine Muskeln zusammenziehen und du dich bewegen kannst. Wie funktioniert diese Reizweiterleitung? Wenn du etwa durch Laufen einige Minuten auf- wärmst, dann verbessert sich dadurch deine Reaktion! Hast du eine physikalische Erklärung dafür? Man hört immer wieder, dass der Stromfluss in den Nervenfasern mit Gleichstrom vergleichbar ist. Ist das richtig oder falsch? F1 S2  F2 S2  Abb. 24.1:  Aufbau einer Nervenzelle: Über die Dendriten bekommt die Zelle elektrische Signale (also Informationen), über das Axon sen- det sie welche aus. Die rote Stelle markiert das Aktionspotenzial. Die genaue Funktionsweise ist extrem kompliziert, aber das Prinzip einfach zu verstehen. In Ruhe besteht zwischen Innen- und Außenseite der Nervenzelle eine Spannung von etwa –70 mV. Das nennt man das Ruhepotenzial (Abb. 24.2). Das Minus deutet an, dass die Innenseite gegenüber der Außenseite negativ geladen ist. Wenn die Nervenzelle einen Reiz weiterleitet, dann kehrt sich an dieser Stelle die Span- nung um, und es herrschen dann für kurze Zeit rund +50mV. Das nennt man das Aktionspotenzial . Es läuft also eine positiv geladene Stelle durch eine sonst negativ geladene Nervenfaser (Abb. 24.1 und 24.2). Die Spannungsänderung kommt durch die Diffusion von Natrium- und Kaliumionen durch die Zellwände des Nervs zu Stande. Du kannst also tatsächlich physikalisch erklären, warum in aufgewärmtem Zustand deine Reaktion besser ist. Wenn nämlich die Körpertemperatur steigt, dann ist die thermische Bewegung aller Teilchen schneller. Außerdem laufen dann chemische Vorgänge schneller ab und erhöhen in Summe somit die Nervenleitgeschwindigkeit ( F1 ). Wichtig: Die Ladungen und somit auch der Strom fließen quer zur Ausbreitungsrichtung des Signals. Es ist also an- ders als bei einem Gleichstromkreis, bei dem der Stromfluss parallel zum Leiter erfolgt ( F2 ). Man kann die Nerven- leitung recht gut mit dem Abbrennen einer Zündschnur vergleichen. Wenn das Aktionspotenzial eine Muskelzelle erreicht, dann zieht sich diese zusammen. Darin liegt die große Gefahr, wenn man einen Stromschlag bekommt (siehe Kap. 24.3, S. 92).  Info: Herzelektrik Abb. 24.2:  Ausbreitung eines elektrischen Reizes in der Nervenfaser: Die Änderung der Spannung erfolgt durch die Diffusion von Na + und K + . An der Vorderfront strömt Na + ein und an der Hinterfront K + aus. Die Voltangaben geben die Spannung zwischen Innen und Außen an. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv