Bioelektrizität, Thermodynamik und Atmungsphysik — Grundlagen

Bioelektrizität und elektrische Grundlagen

Bioelectricity — grundlegende Definitionen und Gesetze:

Coulomb-Gesetz

Die Stärke der elektrischen Kraft zwischen zwei ruhenden Punktladungen ist direkt proportional zum Produkt der Beträge der beiden Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands, der sie trennt.

Ohmsches Gesetz

Die Stromstärke durch einen Leiter ist direkt proportional zur Potentialdifferenz und umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand des Leiters.

Elektrischer Strom

Elektrischer Strom ist der Fluss von elektrischen Ladungsträgern, in der Regel in einem Metallkabel oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material, verursacht durch einen Potentialunterschied, etwa durch einen Generator.

Elektrisches Potential

Das elektrische Potential an einem Punkt ist die Arbeit, die erforderlich ist, um eine Einheit Ladung von diesem Punkt bis ins Unendliche zu bringen, wo das Potential üblicherweise als Null definiert wird.

Elektrisches Feld

Das elektrische Feldmodell beschreibt die Wechselwirkung zwischen Körpern und Systemen mit elektrischen Eigenschaften.

Nernst-Potential

Das Nernst-Potential bezeichnet die Potentialdifferenz über eine biologische Membran im Gleichgewicht, bestimmt durch die Ionenkonzentrationen auf der Außenseite und der Innenseite der Membran.

Isolatoren und Leiter

Stoffe unterscheiden sich durch die Freiheit, mit der sich Ladungen in ihnen bewegen. Ein Stoff, in dem sich Ladungen frei bewegen können, heißt Leiter. Ein Stoff, in dem Ladungen kaum bewegt werden können, heißt Isolator.

Thermodynamik: Grundbegriffe

Thermodynamik — grundlegende Konzepte in biologischen Systemen:

Der Mensch als integriertes System

Der Mensch als integriertes System: Er steuert chemische Signale und Mechanismen, durch die etwa 10 Billionen Zellen als ein System miteinander integriert werden können.

Systemarten

• Offenes System: Austausch von Materie und Energie mit der Umgebung.
• Geschlossenes System: Austausch von Energie, aber kein Austausch von Materie.
• Isoliertes System: Kein Austausch von Materie oder Energie.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die gesamte Energie eines isolierten Systems konstant ist.

Formen der Energie

• Chemische Energie: in den Bindungen von Atomen und Molekülen gespeichert.
• Thermische Energie: verbunden mit der zufälligen Bewegung von Atomen und Molekülen.
• Mechanische Energie: umfasst potenzielle Energie sowie kinetische Energie; potenzielle Energie kann sich in Druckenergie und kinetische Energie aufspalten.

Reversible und irreversible Prozesse

Ein Prozess ist reversibel, wenn er durch eine Reihe von Zuständen verläuft, die in beide Richtungen durchlaufen werden können. Wenn dies nicht möglich ist, ist der Prozess irreversibel.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik und Entropie

Der zweite Hauptsatz besagt, dass bei jedem spontanen Prozess die Gesamtentropie (Entropie des Systems plus Entropie des Umfelds) zunimmt. Entropie ist eine Zustandsfunktion.

Freie Energie

• Freie Energie < 0: Der Prozess setzt Energie frei.
• Freie Energie = 0: Das System ist im Gleichgewicht.
• Freie Energie > 0: Der Prozess benötigt Energie.

Atmungsphysiologie: Aufbau und Druckverhältnisse

Atemorgane und beteiligte Strukturen: Atemwege, Bronchien, Alveolen und osteomuskuläre Strukturen.

Lungen-Compliance

Lungen-Compliance: das Volumen, um das die Lunge bei einer bestimmten Zunahme des transpulmonalen Drucks expandiert.

Drucke im Atmungssystem

• Pleura-Druck: der Druck in der Flüssigkeit zwischen viszeraler und parietaler Pleura.
• Alveolärer Druck: der Luftdruck innerhalb der Alveolen der Lunge.
• Transpulmonaler Druck: die Differenz zwischen alveolärem Druck und Pleura-Druck.

Lungenventilation

Lungenventilation bezeichnet das Ein- und Ausströmen von Luft. Beteiligt sind unter anderem die externe Interkostalmuskulatur und der Musculus sternocleidomastoideus.

Henry-Gesetz

Das Henry-Gesetz besagt, dass bei konstanter Temperatur die Menge eines Gases, die in einer Flüssigkeit gelöst ist, proportional zum Partialdruck des Gases über der Flüssigkeit ist.

Analogie zwischen Feldern und das Kondensatorprinzip

Vergleiche und grundlegende Punkte zum Kondensator:

0. Analogie Feld / Gravitation: Beide sind Kraftfelder: je größer der Abstand, desto geringer die Kraft; im elektrischen Feld können die Kräfte anziehend oder abstoßend sein.
1. Was ist ein Kondensator? Ein Kondensator speichert elektrische Ladungen.
2. Wodurch wird die Ladung gespeichert? Durch das elektrische Feld zwischen den Platten.
3. Was wird benötigt, damit eine Platte eine Ladung trägt? Arbeit bzw. Energie ist erforderlich, um Ladung auf der Platte zu halten.
4. Was ist nötig, um Arbeit zu verrichten? Eine Spannung bzw. eine elektromotorische Kraft (EMK) ist nötig, um Ladungen zu bewegen.
5. Was kommt zwischen die Platten? Zwischen die Platten eines Kondensators wird ein Isolator (Dielektrikum) gelegt.

Hinweis: Die obigen Begriffe und Definitionen wurden sprachlich und grammatikalisch korrigiert, strukturiert und für bessere Auffindbarkeit und Lesbarkeit optimiert, ohne inhaltliche Informationen zu entfernen.