Портал | Содержание | О нас | Пишите | Новости | Голосование | Топ-лист | Дискуссия Rambler's Top100

TopList Яндекс цитирования

НОВОСТИ
"РУССКОГО ПЕРЕПЛЕТА"

ЛИТЕРАТУРА

Новости русской культуры

Афиша

К читателю

Содержание

Публицистика

"Курск"

Кавказ

Балканы

Проза

Поэзия

Драматургия

Искания и размышления

Критика

Сомнения и споры

Новые книги

У нас в гостях

Издательство

Книжная лавка

Журнальный зал

ОБОЗРЕНИЯ

"Классики и современники"

"Слово о..."

"Тайная история творений"

"Книга писем"

"Кошачий ящик"

"Золотые прииски"

"Сердитые стрелы"

КУЛЬТУРА

Афиша

Новые передвжиники

Фотогалерея

Музыка

"Неизвестные" музеи

Риторика

Русские храмы и монастыри

Видеоархив

ФИЛОСОФИЯ

Современная русская мысль

Искания и размышления

ИСТОРИЯ

История России

История в МГУ

Слово о полку Игореве

Хронология и парахронология

Астрономия и Хронология

Альмагест

Запечатленная Россия

Сталиниана

ФОРУМЫ

Дискуссионный клуб

Научный форум

Форум "Русская идея"

Форум "Курск"

Исторический форум

Детский форум

КЛУБЫ

Пятничные вечера

Клуб любителей творчества Достоевского

Клуб любителей творчества Гайто Газданова

Энциклопедия Андрея Платонова

Мастерская перевода

КОНКУРСЫ

За вклад в русскую культуру публикациями в Интернете

Литературный конкурс

Читательский конкурс

Илья-Премия

ДЕТЯМ

Электронные пампасы

Фантастика

Форум

АРХИВ

Текущий

2003

2002

2001

2000

1999

Фотоархив

Все фотоматериалы


Новости
"Русский переплет" зарегистрирован как СМИ. Свидетельство о регистрации в Министерстве печати РФ: Эл. #77-4362 от
5 февраля 2001 года. При полном или частичном использовании
материалов ссылка на www.pereplet.ru обязательна.

Тип запроса: "И" "Или"

15.12.2017
16:11

Ученые из Массачусетса заставили растения светиться в темноте

15.12.2017
16:08

Кожа электрического угря легла в основу «живого» генератора энергии для киборгов будущего

15.12.2017
16:00

Электрические свойства бактерий подчинились «стеклянным» закономерностям

    Электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость некоторых биологических веществ неожиданно хорошо согласуется с теорией, разработанной физиками для описания свойств аморфных материалов, например, стекол. Это совпадение обнаружили и объяснили ученые из России, Чехии и Германии, которые исследовали свойства трех органических веществ, в том числе внеклеточного материала электрогенной бактерии Shewanella oneidensis. Статья опубликована в Scientific Reports.

    Для описания свойств различных материалов физики используют несколько теорий. С одной стороны, электрическую проводимость металлов хорошо объясняет теория Друде, в которой электроны слабо взаимодействуют друг с другом и время от времени сталкиваются с кристаллической решеткой (так называемый «электронный газ»). Проводимость — это величина, обратная электрическому сопротивлению, и чем она больше, тем лучше вещество проводит электрический ток. С другой стороны, электрические свойства полупроводников и изоляторов можно объяснить, привлекая понятие запрещенной зоны энергии электрона. Однако существует еще один тип материалов, которые не попадают в эти две категории и, тем не менее, очень интересно ведут себя во внешнем электромагнитном поле. К таким материалам относятся, например, стекла, ионные проводники и аморфные полупроводники.

    Качественную теорию подобных материалов предложил почти сорок лет назад английский физик Анджей Джоншер (Andrzej Karol Jonscher). По этой теории, при больших температурах и низких частотах электроны ведут себя практически свободно, и можно применить теорию Друде. В результате мы получаем практически постоянную проводимость. Однако при повышении частоты до диапазона нескольких терагерц это приближение перестает работать, и проводимость начинает быстро расти (пропорционально некоторой степени частоты). То же самое происходит, если оставлять частоту постоянной, но постепенно охлаждать материал.

    Если же охлаждать образец и одновременно повышать частоту электрического тока, он перейдет в особый режим, называемый «почти постоянными потерями» (nearly constant loss, NCL). В этом случае проводимость пропорциональна частоте, а энергетические потери в материале практически постоянны. При этом оказывается, что свойства различных материалов очень похожи. Более того, если переписать зависимости в приведенных величинах (например, говорить не о проводимости, а об отношении проводимостей при переменном и постоянном токе), для всех веществ они будут одинаковыми. Это довольно интересное явление, его в свое время хорошо исследовали на примере аморфных материалов, и оно помогло лучше понять их строение и свойства.

    В данной работе группа ученых под руководством Константина Мотовилова и Бориса Горшунова (МФТИ) показала, что теория Джоншера так же хорошо описывает электрические свойства еще трех материалов, на этот раз органических. Два из них — белки бычий сывороточный альбумин (BSA) и цитохром C (CytC) — получают из крови крупного рогатого скота. Структурные, физические и химические свойства этих веществ хорошо исследованы, и ученые использовали их в качестве образца.

    Кроме того, они изучили внеклеточный матрикс (extracellular matrix and filaments, EMF) бактерии Shewanella oneidensis MR-1, которая может вырабатывать довольно большой электрический ток. Эта бактерия используется во многих экспериментах, изучающих альтернативные источники энергии, и поэтому ее свойства представляют особенный интерес. Например, в 2010 году группа ученых из США и Канады показала, что некоторые части этой бактерии ведут себя очень похоже на полупроводники p-типа. Однако электрические свойства Shewanella oneidensis до сих пор были изучены не очень хорошо. В данной статье ученые постарались устранить этот пробел.

    В ходе эксперимента ученые сняли зависимость проводимости и диэлектрической проницаемости этих веществ в диапазоне частот от одного до 1014 герц и для температур от 10 до 310 Кельвинов. Кроме того, они измерили проводимость EMF при постоянном токе в диапазоне 270 — 310 Кельвинов, а также определили удельные теплоемкости всех трех веществ.

    Для этого исследователи сначала спрессовали вещества в таблетки диаметром около одного сантиметра. Затем они подсоединили к плоским сторонам таблеток электроды и пропускали через них ток, чтобы измерить электрическую проводимость и диэлектрическую проницаемость на частотах от одного до трехсот миллионов герц. Для более высоких частот такой подход не работает, поэтому в диапазоне 30 — 1500 гигагерц ученые просто светили на таблетки электромагнитными волнами и измеряли, какая их часть отражается обратно — зная коэффициент отражения, можно восстановить величину проводимости и диэлектрической проницаемости материала. В промежуточном диапазоне измерения не проводились.

    В результате оказалось, что при комнатной температуре проводимость EMF практически постоянна, а при увеличении частоты становится пропорциональна некоторой ее степени, близкой к единице. У цитохрома C такая зависимость наблюдается только при относительно низких частотах и высоких температурах, у альбумина не наблюдается вовсе. Это значит, что механизмы проводимости в этих веществах отличаются. Скорее всего, в EMF при комнатной температуре есть почти свободные заряды (как в теории Друде, о которой мы говорили в самом начале), а в альбумине и цитохроме C нет, и поэтому они находятся в режиме «почти постоянных потерь». Это дополнительно подтверждает тот факт, что мнимая часть коэффициента диэлектрической проницаемости (то есть потери энергии) для альбумина и цитохрома оставалась постоянной во всем диапазоне исследуемых температур.

    Эту зависимость можно объяснить на уровне структур каждого из трех веществ. И цитохром C, и альбумин являются обычными белками, и концентрация ионов в них не очень велика (хотя и не равна нулю). Теорию Друде к ним применить нельзя, зато срабатывает другое приближение теории Джоншера. С другой стороны, молекулы EMF содержат гемы — области с повышенной (около 2,7 процентов) концентрацией металлических ионов. Поэтому образование свободных зарядов происходит в ней гораздо легче. Конечно, в действительности все гораздо сложнее, и необходимо учитывать присутствие свободной воды в веществах, а также другие факторы. Например, в молекулах EMF содержится довольно много свободной воды, и при низких температурах (20 Кельвинов) и частотах порядка нескольких сотен гигагерц ее проводимость начинает расти квадратично. Этот рост, вообще говоря, в теорию Джоншера не укладывается.

    Ученые уже не в первый раз пытаются применить физические теории для описания биологических явлений. Раньше этот подход уже помогал им получить биологический переключатель из молекул ДНК и собрать микроскопических плюшевых мишек. Кроме того, напомним, что последнюю Нобелевскую премию по химии также присудили за исследование, объединяющее разные области науки — разработку метода, позволяющего определить структуру белков и макромолекулярных комплексов с разрешением, близким к атомарному.

    По информации https://nplus1.ru/news/2017/12/14/physics-biology

    Обозрение "Terra & Comp".

Выскажите свое мнение на:

15.12.2017
15:55

Телескоп «Чандра» показал распределение химических элементов в погибшей звезде

15.12.2017
15:51

«Кеплер» нашел «сестру» Солнечной системы

15.12.2017
15:46

В конденсате Бозе — Эйнштейна одновременно возбудили два разных типа колебаний

15.12.2017
14:28

Лед в Арктике тает быстрее, чем когда-либо за последние 1500 лет

15.12.2017
14:20

НАСА обнаружило новую планету

15.12.2017
14:13

Читая Ленина

15.12.2017
14:05

КИТАЙ НАЧИНАЕТ ВНЕДРЯТЬ БЕСПИЛОТНЫЙ ТРАНСПОРТ

15.12.2017
13:47

Доказан вред электромагнитных полей

15.12.2017
13:44

Найдена неожиданная польза горячего чая

15.12.2017
13:40

Математики лишили Вселенную лямбда-члена

15.12.2017
13:36

Apple запретила улучшать свой самый дорогой компьютер

15.12.2017
13:33

Оксфордский словарь назвал слово года

14.12.2017
18:40

Человеческий род как биологический вид достиг максимума

14.12.2017
18:36

Ученые определяют элементный состав остатков сверхновой Кассиопея А

14.12.2017
18:32

Марсианская миссия MAVEN проливает свет на обитаемость далеких планет

14.12.2017
18:08

Гигантские бури приводят к «учащению сердцебиения» Сатурна

14.12.2017
17:56

Снимок: Яркая «Звездная колыбель» Sharpless 29

<< 421|422|423|424|425|426|427|428|429|430 >>

НАУКА

Новости

Научный форум

Почему молчит Вселенная?

Парниковая катастрофа

Хронология и парахронология

История и астрономия

Альмагест

Наука и культура

2000-2002
Научно-популярный журнал Урания в русском переплете
(1999-200)

Космические новости

Энциклопедия космонавтика

Энциклопедия "Естествознание"

Журнальный зал

Физматлит

News of Russian Science and Technology

Научные семинары

НАУЧНЫЕ ОБОЗРЕНИЯ

"Физические явления на небесах"

"TERRA & Comp"

"Неизбежность странного микромира"

"Биология и жизнь"

ОБРАЗОВАНИЕ

Открытое письмо министру образования

Антиреформа

Соросовский образовательный журнал

Биология

Науки о Земле

Математика и Механика

Технология

Физика

Химия

Русская литература

Научная лаборатория школьников

КОНКУРСЫ

Лучшие молодые
ученые России

Для молодых биологов

БИБЛИОТЕКИ

Библиотека Хроноса

Научпоп

РАДИО

Читают и поют авторы РП

ОТДЫХ

Музеи

Игры

Песни русского застолья

Народное

Смешное

О НАС

Редколлегия

Авторам

О журнале

Как читать журнал

Пишут о нас

Тираж

РЕСУРСЫ

Поиск

Проекты

Посещаемость

Журналы

Русские писатели и поэты

Избранное

Библиотеки

Фотоархив

ИНТЕРНЕТ

Топ-лист "Русского переплета"

Баннерная сеть

Наши баннеры

НОВОСТИ

Все

Новости русской культуры

Новости науки

Космические новости

Афиша

The best of Russian Science and Technology

 

 


Если Вы хотите стать нашим корреспондентом напишите lipunov@sai.msu.ru

 

Редколлегия | О журнале | Авторам | Архив | Ссылки | Статистика | Дискуссия

Галерея "Новые Передвижники"
Пишите

© 1999, 2000 "Русский переплет"
Дизайн - Алексей Комаров

Русский Переплет
Rambler's Top100 TopList