ประจุไฟฟ้าและศักยะงาน

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง ประจุไฟฟ้าและศักยะงาน

ประจุไฟฟ้า vs. ศักยะงาน

นามไฟฟ้า ของประจุไฟฟ้าบวกและลบหนึ่งจุด ประจุไฟฟ้า เป็น คุณสมบัติทางฟิสิกส์ ของ สสาร ที่เป็นสาเหตุให้มันต้องประสบกับ แรง หนึ่งเมื่อมันถูกวางอยู่ใน สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าแบ่งออกเป็นสองประเภท: บวก และ ลบ ประจุเหมือนกันจะผลักกัน ประจุต่างกันจะดึงดูดกัน วัตถุจะมีประจุลบถ้ามันมี อิเล็กตรอน เกิน, มิฉะนั้นจะมีประจุบวกหรือไม่มีประจุ มีหน่วย SI เป็น คูลอมบ์ (C) ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า, มันเป็นธรรมดาที่จะใช้ แอมแปร์-ชั่วโมง (Ah) และใน สาขาเคมี มันเป็นธรรมดาที่จะใช้ ประจุมูลฐาน (e) เป็นหน่วย สัญลักษณ์ Q มักจะหมายถึงประจุ ความรู้ช่วงต้นว่าสสารมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรในขณะนี้ถูกเรียกว่า ไฟฟ้าพลศาสตร์แบบคลาสสิก (classical electrodynamics) และยังคงถูกต้องสำหรับปัญหาที่ไม่จำเป็นต้องมีการพิจารณาถึง ผลกระทบควอนตัม ประจุไฟฟ้า เป็น คุณสมบัติแบบอนุรักษ์ พื้นฐานของ อนุภาคย่อยของอะตอม บางตัวที่กำหนด ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ของพวกมัน สสารที่มีประจุไฟฟ้าจะได้รับอิทธิพลจาก สนามแม่เหล็กไฟฟ้า และก็ผลิตสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นเองได้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ได้กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นแหล่งที่มาของ แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่ แรงพื้นฐาน (อ่านเพิ่มเติมที่: สนามแม่เหล็ก) การทดลองเรื่องหยดน้ำมัน ในศตวรรษที่ยี่สิบได้แสดงให้เห็นว่า ประจุจะถูก quantized; นั่นคือ ประจุของวัตถุใด ๆ จะมีค่าเป็นผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของหน่วยเล็ก ๆ แต่ละตัวที่เรียกว่า ประจุมูลฐาน หรือค่า e (เช่น 0e, 1e, 2e แต่ไม่ใช่ 1/2e หรือ 1/3e) e มีค่าประมาณเท่ากับ (ยกเว้นสำหรับอนุภาคที่เรียกว่า ควาร์ก ซึ่งมีประจุที่มีผลคูณที่เป็นจำนวนเต็มของ e/3) โปรตอน มีประจุเท่ากับ +e และ อิเล็กตรอน มีประจุเท่ากับ -e การศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคที่มีประจุและการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันจะถูกไกล่เกลี่ยโดย โฟตอน ได้อย่างไรจะเรียกว่า ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม. การเกิดกระแสประสาท ในวิชาสรีรวิทยา ศักยะงาน (action potential) เป็นเหตุการณ์ที่กินเวลาสั้น ๆ ซึ่งศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ (membrane potential) ไฟฟ้าของเซลล์เพิ่มและลดลงอย่างรวดเร็ว ตามด้วยแนววิถีต่อเนื่อง ศักยะงานเกิดขึ้นในเซลล์สัตว์หลายชนิด เรียกว่า เซลล์ที่เร้าได้ (excitable cell) ซึ่งรวมถึงเซลล์ประสาท เซลล์กล้ามเนื้อ และเซลล์ไร้ท่อ (endocrine cell) เช่นเดียวกับเซลล์พืชบางเซลล์ ในเซลล์ประสาท ศักยะงานมีบทบาทศูนย์กลางในการสื่อสารเซลล์ต่อเซลล์ ส่วนในเซลล์ประเภทอื่น หน้าที่หลักของศักยะงาน คือ กระตุ้นกระบวนการภายในเซลล์ ตัวอย่างเช่น ในเซลล์กล้ามเนื้อ ศักยะงานเป็นขั้นแรกในชุดเหตุการณ์ที่นำไปสู่การหดตัว ในเซลล์บีตาของตับอ่อน ศักยะงานทำให้เกิดการหลั่งอินซูลิน ศักยะงานในเซลล์ประสาทยังรู้จักในอีกชื่อหนึ่งว่า "กระแสประสาท" หรือ "พลังประสาท" (nerve impulse) หรือ spike ศักยะงานสร้างโดยช่องไอออนที่ควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้า (voltage-gated ion channel) ชนิดพิเศษที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ ช่องเหล่านี้ถูกปิดเมื่อศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ใกล้กับศักยะพัก (resting potential) แต่จะเริ่มเปิดอย่างรวดเร็วหากศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เพิ่มขึ้นถึงค่าระดับกั้น (threshold) ที่นิยามไว้อย่างแม่นยำ เมื่อช่องเปิด จะทำให้ไอออนโซเดียมไหลเข้ามาในเซลล์ประสาท ซึ่งเปลี่ยนแปลงประจุไฟฟ้า (electrochemical gradient) การเปลี่ยนแปลงนี้ยิ่งเพิ่มศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปอีก ทำให้ช่องเปิดมากขึ้น และเกิดกระแสไฟฟ้าแรงขึ้นตามลำดับ กระบวนการดังกล่าวดำเนินไปกระทั่งช่องไอออนที่มีอยู่เปิดออกทั้งหมด ทำให้ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์แกว่งขึ้นอย่างมาก การไหล่เข้าอย่างรวดเร็วของไอออนโซเดียมทำให้สภาพขั้วของเยื่อหุ้มเซลล์กลายเป็นตรงข้าม และช่องไอออนจะหยุดทำงาน (inactivate) อย่างรวดเร็ว เมื่อช่องโซเดียมปิด ไอออนโซเดียมจะไม่สามารถเข้าสู่เซลล์ประสาทได้อีกต่อไป และจะถูกลำเลียงแบบใช้พลังงานออกจากเยื่อหุ้มเซลล์ จากนั้น ช่องโปแทสเซียมจะทำงาน และมีกระแสไหลออกของไอออนโปแทสเซียม ซึ่งคืนประจุไฟฟ้ากลับสู่สถานะพัก หลังเกิดศักยะงานแล้ว จะมีการเปลี่ยนแปลงที่เรียกว่า ระยะดื้อ (refractory period) เนื่องจากกระแสโปแทสเซียมเพิ่มเติม กลไกนี้ป้องกันมิให้ศักยะงานเดินทางย้อนกลับ ในเซลล์สัตว์ มีศักยะงานอยู่สองประเภทหลัก ประเภทหนึ่งสร้างโดย ช่องโซเดียมที่ควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้า อีกประเภทหนึ่งโดยช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยศักย์ไฟฟ้า ศักยะงานที่เกิดจากโซเดียมมักคงอยู่น้อยกว่าหนึ่งมิลลิวินาที ขณะที่ศักยะงานที่เกิดจากแคลเซียมอาจอยู่ได้นานถึง 100 มิลลิวินาทีหรือกว่านั้น.