Контрольная работа постоянный электрический ток: Контрольная работа №2. Тема. Постоянный электрический ток. 8 класс

Содержание

Контрольная работа по физике. 8 класс. Тема: “Постоянный ток”. Вариант 3

{module Адаптивный блок Адсенс в начале статьи}

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ

8 КЛАСС

ТЕМА: “ПОСТОЯННЫЙ ТОК”

ВАРИАНТ 3

 

Уровень А

  1. Время разряда молнии равно 3 мс. Сила тока в канале молнии около 30 кА. Какой заряд проходит по каналу молнии?

  1) 90 Кл

  2) 0,1 мкКл

  3) 90 кКл

  4) 0,1 мКл

 

 

  2. На рисунке изображен график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Чему равно сопротивление проводника?

  1) 0,25 Ом

  2) 2 Ом

  3) 8 Ом

  4) 4 Ом

 

 

  3. Если уменьшить в 2 раза напряжение между концами проводника, а его длину увеличить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник,

  1) не изменится

  2) уменьшится в 4 раза

  3) увеличится в 4 раза

  4) увеличится в 2 раза

 

 

  4. Сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, равно

  1) 9 Ом

  2) 8 Ом

  3) 4 Ом

  4) 3 Ом

 

 

  5. На корпусе электродрели укреплена табличка с надписью: “220 В, 500 Вт”. Найдите силу тока, потребляемого электродрелью при включении в сеть.

  1) 55000 А

  2) 2,27 А

  3) 1,14 А

  4) 0,88 А

 

 

  6. Какую работу совершит электрический ток в течение 2 минут, если сила тока в проводнике 4 А, а его сопротивление 50 Ом?

  1) 1600 Дж

  2) 96 кДж

  3) 24 кДж

  4) 400 Дж

 

 

Уровень В

  7. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются.

  К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

 

     ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА          ФОРМУЛА    
  А) Сила тока   1) ρl / S
  Б) Напряжение   2) I2 · R
  В) Сопротивление   3) A / q
    4) q / t
    5) I · U · t

 

     А          Б          В    
     

 

 

Уровень С

  8. Кипятильник нагревает 1,2 кг воды от 12

°С до кипения за 10 минут. Определите ток, потребляемый кипятильником, если он рассчитан на напряжение 220 В. КПД кипятильника 90 %. Удельная теплоемкость воды 4200 Дж / (кг · °С).

 

 {module Адаптивный блок Адсенс в конце статьи}

Контрольная работа № 1 ЭЛЕКТРОСТАТИКА ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК МАГНИТОСТАТИКА ЭЛЕКТРОМАГНТНОЕ ПОЛЕ Вариант 1 Начальный уровень

Контрольная работа № 1

ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. МАГНИТОСТАТИКА. ЭЛЕКТРОМАГНТНОЕ ПОЛЕ

Вариант 1

Начальный уровень

  1. Электростатическое поле создают заряды, которые в данной системе отсчета… Выберите правильное утверждение.

    1. …покоятся.

    2. …движутся равномерно.

    3. …движутся равноускоренно.

    4. …движутся равнозамедленно.

  2. Через алюминиевый провод пропускают электрический ток. Выберите правильное утверждение.

    1. Сопротивление провода прямо пропорционально при­ложенному напряжению.

    2. Сила тока обратно пропорциональна приложенному напряжению.

    3. Если заменить алюминиевый провод стальным такой же длины и такого же диаметра, сопротивление цепи уменьшится.

    4. Если провод укоротить, его сопротивление уменьшится.

  3. На рисунке изображены два провода, по которым текут токи в указанных стрелками направлениях. Выберите правильное утверждение.

    1. Провода притягиваются.

    2. Провода отталкиваются.

    3. Магнитное поле создается только током, текущим в проводе 2.

    4. Если в обоих проводах изменить направление тока на противоположное, они будут отталкиваться.

Средний уровень

  1. Два электрических заряда, один из которых в два раза меньше другого, находясь в вакууме на расстоянии 0,6 м, взаимодействуют с силой 2 мН.

    Определите величины этих зарядов.

  2. ЭДС элемента 4,5 В, а внутреннее сопротивление 0,5 Ом, Какова сила тока в цепи, если сопротивление внешней цепи равно 2 Ом?

  3. В однородное магнитное поле с индукцией 85 мТл влетает электрон со скоростью 4,6 • 107 м/с, направленной перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу,
    действующую на электрон в магнитном поле.

  4. Во время каких природных явлений образуются и излуча­ются электромагнитные волны?

Достаточный уровень

  1. Два одинаковых проводящих шарика с зарядами -1,5 • 10

    -5 Кл и 2,5 • 10-5 Кл вследствие притяжения соприкос­нулись и вновь разошлись на 5 см. Определите заряд каждого шарика после соприкосновения и силу электрического взаимодействия между ними.

  2. Батарея аккумуляторов с внутренним сопротивлением 0,2 Ом питает десять параллельно соединенных ламп сопротивлением 250 Ом каждая. Определите ЭДС батареи, если сила тока в каждой лампе 0,5 А.

  3. В каком направлении должен двигаться проводник, распо­ложенный перпендикулярно к плоскости чертежа, если ток в проводнике идет от наблюдателя?

  4. Как должна двигаться заряженная частица, чтобы возникло электромагнитное излучение?

Контрольная работа № 1

ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. МАГНИТОСТАТИКА. ЭЛЕКТРОМАГНТНОЕ ПОЛЕ

Вариант 2

Начальный уровень

  1. Два точечных электрических заряда qи 2q на расстоянии r друг от друга отталкиваются с силой F. С какой силой будут отталкиваться эти заряды на расстоянии 2г? Выберите правильный ответ.

    1. 2F.

    2. .

    3. 4F .

  1. Стальной и алюминиевый проводники одинаковой длины и одинакового диаметра включены в цепь так, как показано на рисунке. Выберите правильное утверждение.

    1. Сила тока в стальном проводнике больше, чем в алю­миниевом.

    2. Проводники соединены параллельно.

    3. В стальном проводнике мощность тока больше, чем в алюминиевом.

    4. Напряжение на стальном проводнике меньше, чем на алюминиевом.

  2. В однородном изменяющемся магнитном поле находит­ся неподвижная замкнутая проволочная рамка. Вы­берите правильное утверждение.

    1. Если вектор индукции магнитного поля перпендикулярен плоскости рамки, в рамке возникает индукционный ток.

    2. Индукционный ток в рамке возникает при любом положении рамки.

    3. ЭДС индукции в рамке зависит только от площади рамки.

    4. Если вектор индукции магнитного поля перпендику­лярен плоскости рамки, магнитный поток через плос­кость рамки все время равен нулю.

Средний уровень

  1. Найдите величину заряда, создающего электрическое поле, если на расстоянии 5 см от заряда напряженность электри­ческого поля равна 0,15 МН/Кл.

  2. Какую работу совершает электрический ток за 5 мин на участке цепи, если напряжение на этом участке 12 В, а си­ла тока 0,2 А?

  3. В однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл на про­водник с током силой 30 А, длина активной части которого 10 см, действует сила 1,5 Н. Под каким углом к вектору
    индукции расположен проводник?

  4. Что является источником электромагнитного поля?

Достаточный уровень

  1. С каким ускорением движется протон в электрическом поле с напряженностью 40 кН/Кл?

  2. Цепь состоит из источника тока, ЭДС которого 7,5 В, а внутреннее сопротивление 0,3 Ом, и двух параллельно соединенных проводников R1 = 3 Ом и R2 = 2 Ом. Определите силу тока во втором проводнике.

  1. На рисунке показаны направление движения электрона и направление действующей на него со стороны магнитного поля силы Лоренца. Каково направление вектора магнит­ной индукции поля?

  2. Какие факты свидетельствуют о переносе энергии электро­магнитными волнами?

Контрольная работа № 1

ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. МАГНИТОСТАТИКА. ЭЛЕКТРОМАГНТНОЕ ПОЛЕ

Вариант 3

Начальный уровень

  1. Основным свойством электрического поля является силовое действие на… Выберите правильное утверждение.

    1. …постоянные магниты.

    2. …атомы или молекулы.

    3. …заряженные частицы.

    4. …частицы, не имеющие электрического заряда.

  2. Количество теплоты, выделившейся в проводнике при про­хождении электрического тока, определяется следующим выражением. Выберите правильное утверждение.

    1. I2R.

    2. U2/R.

    3. I2Rt

    4. IU.

  3. Монохроматическая электромагнитная волна (ЭМВ) распространяется в вакууме. Выберите правильное утверждение.

    1. Длина волны периодически изменяется.

    2. Скорость волны периодически изменяется.

    3. Электрическое поле ЭМВ остается постоянным.

    4. Магнитное поле ЭМВ периодически изменяется.

Средний уровень

  1. С какой силой взаимодействуют в вакууме два точечных электрических заряда по 12 нКл, если расстояние между ними 3 см? Во сколько раз уменьшится сила взаимодействия, если заряды будут находиться в воде?

  2. На цоколе электрической лампочки написано 6,3 В; 0,28 А. Найдите сопротивление спирали лампочки.

  3. Какая сила действует на протон, движущийся со скоростью 2 • 106 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл? Протон движется под углом 30° к линиям магнитной индук­ции поля.

  4. Как направлены электрическое и магнитное поля в элек­тромагнитной волне?

Достаточный уровень

  1. Сколько избыточных электронов содержит пылинка, если в электрическом поле с напряженностью 1,5 • 105 Н/Кл на нее действует сила 2,4 • 10 10 Н?

  2. Определите силу тока при коротком замыкании батарейки с ЭДС 4,5 В, если при замыкании ее на внешнее сопротив­ление 1,5 Ом сила тока в цепи равна 2,5 А.

  3. Определите направление тока в проводнике, находящемся в магнитном поле. Стрелка указывает направление движения проводника.

  4. Почему возникают электромагнитные волны? Что пред­ставляет собой электромагнитная волна?

Контрольная работа № 1

ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. МАГНИТОСТАТИКА. ЭЛЕКТРОМАГНТНОЕ ПОЛЕ

Вариант 4

Начальный уровень

  1. Какая физическая величина является силовой характери­стикой электрического поля? Выберите правильное утверждение.

    1. Электрический заряд.

    2. Электрическое напряжение.

    3. Напряженность.

    4. Сила тока.

  2. На рисунке приведена схема электрической цепи и по­казание вольтметра. Выберите правильное утверждение.

    1. Цена деления шкалы вольтметра 0,1 В.

    2. Сила тока в резисторе меньше 0,5 А.

    3. За 10 с в резисторе выделится количество теплоты, равное 250 Дж.

    4. Напряжение на резисторе меньше 5 В.

  3. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолиней­ный проводник с током в однородном магнитном поле при увеличении силы тока в проводнике в 2 раза? Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции. Выберите правильное утверждение.

    1. Не изменится.

    2. Уменьшится в 2 раза.

    3. Увеличится в 2 раза.

    4. Увеличится в 4 раза.

Средний уровень

  1. На заряд 30 нКл, внесенный в данную точку поля, действует сила 24 мкН. Найдите напряженность поля в данной точке.

  2. Какое количество теплоты выделится в резисторе сопро­тивлением 15 Ом при протекании по нему тока силой 0,6 А за 2,5 мин?

  3. Проводник, сила тока в котором равна 8 А, находится в однородном магнитном поле. Какова индукция магнитного поля, если на прямолинейный участок проводника длиной 10 см, образующий угол 30° с направлением вектора маг­нитной индукции, действует со стороны магнитного поля сила 10 мН?

  4. Какое явление было предсказано Максвеллом?

Достаточный уровень

  1. В однородном электрическом поле электрон движется с ус­корением 3,2 • 1013 м/с2. Определите напряженность поля, если масса электрона равна 9,1 • 10-31 кг.

  2. Каковы показания амперметра и вольтметра в цепи, изображенной на рисунке, если ЭДС источника 6 В, его внут­реннее сопротивление 0,2 Ом, а R1 = 1,8 Ом, R2 = 10 Ом?

  3. 3. На рисунке показаны направление движения электрона и направление действующей на негo со стороны магнитного поля силы Лоренца. Каково направление вектора магнит­ной индукции поля?

  4. Перечислите основные свойства электромагнитных волн.

Контрольная работа № 1

ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. МАГНИТОСТАТИКА. ЭЛЕКТРОМАГНТНОЕ ПОЛЕ

Вариант 5

Начальный уровень

  1. Как изменится по модулю напряженность электрического поля точечного заряда при увеличении расстояния от заря­да в 4 раза? Выберите правильное утверждение.

    1. Уменьшится в 4 раза.

    2. Увеличится в 4 раза.

    3. Уменьшится в 16 раз.

    4. Увеличится в 16 раз.

  2. Режим короткого замыкания в цепи возникает, когда…
    Выберите правильное утверждение.

    1. …внутреннее сопротивление источника тока очень мало.

    2. …внутреннее сопротивление источника тока велико.

    3. …сопротивление внешней цепи R 0.

    4. …сопротивление внешней цепи R.

  3. В неподвижной проволочной рамке, находящейся в магнитном поле, возникает индукционный ток. Выберите правильное утверждение.

    1. Сила тока тем больше, чем медленнее изменяется магнитный поток через рамку.

    2. Сила тока максимальна, когда магнитный поток че­рез рамку не изменяется.

    3. Сила тока прямо пропорциональна сопротивлению рамки.

    4. Если плоскость рамки параллельна линиям индукции магнитного поля, магнитный поток через рамку равен нулю.

Средний уровень

  1. Два положительных заряда q и 2q находятся на расстоянии 10 мм. Заряды взаимодействуют с силой 0,72 мН. Как велик каждый заряд?

  2. К источнику тока с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 0,4 Ом подключен нагреватель сопротивлением 3,6 Ом. Че­му равна сила тока в цепи?

  3. Какая сила действует на электрон, движущийся со скоростью 3 • 107 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,2 Тл? Электрон движется перпендикулярно линиям магнит­ной индукции поля.

  4. Где могут распространяться электромагнитные волны? Чем они отличаются от механических волн?

Достаточный уровень

  1. Два шарика имеют массы по 20 г. Какие одинаковые заря­ды необходимо сообщить этим шарикам, чтобы кулоновское отталкивание уравновесило гравитационное притяже­ние? Расстояние между шариками велико по сравнению с их радиусами.

  2. Напряжение на зажимах генератора равно 18 В, а сопро­тивление внешней цепи в 6 раз больше внутреннего сопротивления. Какова ЭДС генератора?

  3. По проводу (см. рисунок) идет электрический ток. В каком направлении повернется магнитная стрелка, помещенная в точку А? В точку С?

  4. Почему Максвелл предположил, что магнитное поле поро­ждается не только электрическим током, но и переменным электрическим полем?

Контрольная работа № 1

ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. МАГНИТОСТАТИКА. ЭЛЕКТРОМАГНТНОЕ ПОЛЕ

Вариант 6

Начальный уровень

  1. Взаимодействие между неподвижными заряженными час­тицами осуществляется посредством… Выберите правильное утверждение.

    1. …гравитационного поля.

    2. …электростатического поля.

    3. …магнитного поля.

    4. …конвекционных потоков.

  2. В реостате сопротивлением 80 Ом проходит ток силой 2А. Выберите правильное утверждение.

    1. Мощность тока в реостате больше 0,5 кВт.

    2. Напряжение на реостате равно 40 В.

    3. Если реостат изготовлен из никелиновой проволоки длиной 50 м, то площадь поперечного сечения проволо­ки меньше 0,2 мм2.

    4. В реостате происходит превращение электрической энергии во внутреннюю.

  3. Трансформатор понижает напряжение от 220 В до 36 В.Выберите правильное утверждение.

    1. Количество витков во вторичной обмотке больше, чем в первичной.

    2. Трансформатор может понижать постоянное напря­жение.

    3. ЭДС во вторичной обмотке возникает вследствие яв­ления электромагнитной индукции.

    4. Рабочий ток во вторичной обмотке меньше, чем в пер­вичной.

Средний уровень

  1. Заряд 5 нКл находится в электрическом поле с напряженностью 8 кН/Кл. С какой силой поле действует на этот заряд?

  2. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 36 В и силу тока 2,5 А. Какое количество теплоты выделится в паяльнике за 45 мин работы?

  3. Какая сила действует со стороны однородного магнитного поля с индукцией 15 мТл на находящийся в поле прямолинейный провод длиной 20 см, по которому идет ток 12 А? Провод образует прямой угол с направлением векто­ра магнитной индукции.

  4. Как, согласно теории Максвелла, связаны изменения электрических и магнитных составляющих электромагнитного поля?

Достаточный уровень

  1. Заряженные шарики, находящиеся на расстоянии 2 м друг от друга, отталкиваются с силой 1 Н. Общий заряд шари­ков равен 5 ·10-5 Кл. Как распределен этот заряд между шариками?

  2. В электрической цепи (см. рисунок) вольтметр показывает 6 В, а амперметр 3 А. ЭДС источника тока равна 9 В. Най­дите сопротивление резистора и внутреннее сопротивление источника тока.

  3. Определите полюса магнита, если известно, что при на­правлении электрического тока в проводнике от наблюда­теля проводник перемещается вправо.

  4. Какова взаимная ориентация векторов В, Е и v в элек­тромагнитной волне? Изобразите графически взаимное по­ложение этих векторов в электромагнитной волне.

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Вариант 1.(10 класс)

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Вариант 1.(10
класс)
Предмет    Физика
Класс    10
Учебник    Физика (базовый уровень)
Тема    Глава 15. Законы постоянного тока

Вопрос №1

Какими носителями электрического заряда создается электрический ток в металлах?

A)    Электронами и положительными ионами.

B)    Положительными и отрицательными ионами.

C)    Положительными, отрицательными ионами и электронами.

D)    Только электронами.

Вопрос №2

Какое минимальное по абсолютному значению количество электричества может быть перенесено электрическим током через электролит?

A) е=1,6 • 10 -19  Кл.

B) е=3,2 • 10 -19 Кл.

C)    Любое сколько угодно малое.

D)    Минимальное количество зависит от времени пропускания тока.

Вопрос №3

Чему равно электрическое сопротивление участка цепи постоянного тока, если сила тока в цепи 4 А, а напряжение на участке цепи 2 В?

A)    1 Ом.

B)    4 Ом.

C)    0,5 Ом.

D)    2 Ом.

Вопрос №4

Какие действия электрического тока наблюдаются при пропускании тока через металлический проводник?

A)    Нагревание, химическое и магнитное действия.
 
B)    Химическое и магнитное действия, нагревания нет.

C)    Нагревание и магнитное действие, химического действия нет.

D)    Нагревание и .химическое действие, магнитного действия нет.

Вопрос №5

Два проводника одинаковой длины изготовлены из одного материала. Какое из приведенных ниже соотношений для электрических сопротивлений первого R1 и второго R2 проводников справедливо, если площадь поперечного сечения первого проводника в 4 раза больше второго?

A)    R1=R2

B)    R1=4R2

C)    R1=2R2

D) R2=4R1.

Вопрос №6


      При включении по какой схеме из приведенных на рисунке вольтметр наиболее точно измеряет напряжение на резисторе R?

A)    1.

B)    2.

C)    3.

D)    4.

Вопрос №7

Электрическая цепь состоит из источника тока с ЭДС 6 В, внутренним сопротивлением 2 Ом и проводника с электрическим сопротивлением 1 Ом. Чему равна сила тока в цепи?

A)    1 А.

B)    2 А.

C)    3 А.

D)    6 А.

Вопрос №8

Чему равна работа тока на участке цепи за 2 с, если сила тока в цепи 3 А, а напряжение на участке цепи 6 В?
 
A)    36 Дж.

B)    6 Дж.

C)    3 Дж.

D)    18 Дж.

Вопрос №9

Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени, в проводнике с постоянным электрическим сопротивлением при увеличении силы тока в цепи в 4 раза?

A)    Уменьшится в 4 раза.

B)    Увеличится в 16 раз.

C)    Увеличится в 2 разa.

D)    Увеличится в 4 разa.

Вопрос №10


       Какой из приведенных на рисунке 3 графиков соответствует зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры?
A)    1.

B)    2.

C)    3.

D)    4.
 
Правильные ответы, решения к тесту:

Вопрос №1

Правильный ответ — D Решение: Только электронами. Вопрос №2
Правильный ответ — A Решение: е=1,6 • 10 -19 Кл. Вопрос №3
Правильный ответ — C

Решение: 0,5 Ом. Вопрос №4 Правильный ответ — C
Решение: Нагревание и магнитное действие, химического действия нет.

Вопрос №5 Правильный ответ — D Решение: R2=4R1.
Вопрос №6 Правильный ответ — D Решение: 4.
Вопрос №7 Правильный ответ — B Решение: 2 А.
Вопрос №8 Правильный ответ — A Решение: 36 Дж.
Вопрос №9

Правильный ответ — B

Решение: Увеличится в 16 раз.
 
Вопрос №10 Правильный ответ — A Решение: 1.

Контрольная работа по теме: «Электрический ток в различных средах» ❤️

Цель урока: выявить знания, умения, степень усвоения материала темы.

Ход урока

Организационный момент.

Выполнение контрольной работы

Вариант -1 (1-го уровня)

№ 1. Сколько электронов должно проходить за 1 секунду через поперечное сечение металлического проводника, чтобы сила тока была равна 1 А?

Решение. Δq = e n V; n = q /e V; n = I Δt/e V; V = 6·10-5м/с ; n = 1023 (электронов)

№ 2. Источник постоянного тока с ЭДС 5,6 В включен в цепь, где R1= 1,8 Ом; R2= 2 Ом; R3= 3 Ом.

Амперметр

показывает — 0,96 А. Определите внутреннее сопротивление источника тока.

Ε Решение. ξ = I R+ Ir; r= ξ – IR/ I; I1 = 2 I/5; I = 5 I1/2

R1 R1 A r = ξ – 5 I1/2; r = 0,4 Ом

src=”/fizika3/image520.gif”/>

R3

№ 3. Определите потенциал ионизации атома аргона, если для его ионизации требуется энергия

15, 77 · 10-19Дж.

Решение. Wi= е Ui; Ui = Wi /e; е = 1,6 ·10 -19Кл; Ui = 9,9 Дж

№ 4 При прохождении через раствор тока в течение 50 мин на катоде выделилось 1,8 г вещества. Определите электрохимический эквивалент вещества, если сила тока 2 А. Какое это вещество?

Решение. m = k I Δt; k = m/ I Δt; k = 0,3 · 10-6кг/Кл

Вариант – 2 (1 –го уровня)

№ 1. Какой скоростью должен обладать электрон для того, чтобы ионизировать атом гелия? Потенциал ионизации атома гелия 24,5 В.

Решение. Wk = Wi; mV2/2 = eUi; V2 = 2 е Ui/m; V = 2,2 ·106 (м/с)

№ 2. В электрической цепи ЭДС источника 10 В, а внутреннее сопротивление 0,4 Ом; R1= 2 Ом;

R2= 4 Ом; R3= 6 Ом. Какую силу тока показывает амперметр?

R3 Решение. I = ξ / R+r; 1/R = 1/R1+ 1/R2 +1/R3; 1/R = 11/12;

A R= 12/11 = 1,1 Ом; I = 10 / 1,1 + 0,4 =10 / 1,5 = 6,7 A

R2

R1

r ξ

№ 3 При покрытии катодной пластины никелем за 3 часа ее масса увеличилась на 32,4 г. Определите силу тока.

Решение. k = 0,3 ·10-6кг/Кл; Δt = 10800 c; I = m/k Δt; I = 32,4· 10-6 /0,3·10-6·10800 = 10 A

№ 4. Электрон движется со скоростью равной 22,6·105 м/с. Такая скорость необходима для ударной ионизации атома азота. Чему равен результат ионизации этого атома?

Решение. Wk = Wi; m V2/2 = е Ui; Ui = mV2/2е; Ui = 14,5 B.

Вариант – 1 (2-го уровня)

№ 1. Какова скорость дрейфа электронов в медном проводе диаметром 4 мм, по которому к стартеру грузовика подводится ток 100 А? ( Ответ: V = 5 · 10-4 м/с)

№ 2. Чтобы осуществить электролиз раствора серной кислоты, затрачивается мощность 37 Вт. Чему равно сопротивление электролита, если 0,3 г водорода выделилось за 50 мин? ( Ответ: 0,4 Ом)

№ 3. При каком расстоянии между пластинами площадью по 100 см2установится ток насыщения

1·10-10А, если ионизатор образует в 1 см3 газа 12,5·106 пар ионов за 1 с. ( Ответ: 0,5 см)

№ 4. Электрон, находясь в вакуумном диоде, подлетает к аноду со скоростью 8 Мм/с. Найдите анодное напряжение диода. (Ответ: UА= 180 В)

№ 5. Резистор сопротивлением 5 кОм, включили последовательно с фоторезистором, который в темноте имеет сопротивление 25 кОм. Когда фоторезистор осветили, сила тока в цепи увеличилась в 4 раза. Во сколько раз уменьшилось сопротивление фоторезистора? U = const. (Ответ: в 10 раз)

Вариант – 2 (2 – го уровня)

№ 1. Сопротивление длинного медного провода при температуре 20˚С равно 0,005 Ом. Каково его сопротивление при температуре 80˚С? (Ответ: 0,02 Ом)

№ 2. При электролизе выделилась медь массу ,которой надо найти, если известно, что израсходовано 5 кВт·ч электроэнергии. Напряжение на клеммах ванны 10 В, КПД установки 75%. (Ответ: 0,445 кг)

№ 3. При какой напряженности поля начнется самостоятельный разряд в воздухе, если энергия ионизации молекул равна 2,4 ·10-18 Дж, а длина свободного пробега 5 мкм? Какова скорость электронов при ударе о молекулы? (Ответ: 3 МВ/м; 2300 см/с)

№ 4. Максимальный анодный ток в ламповом диоде равен 50мА. Сколько электронов вылетает из катода каждую секунду? (Ответ: ~3,1 ·1017)

№ 5. Доля ионизованных атомов в кремнии составляет 2·10-8%. Найти концентрацию электронов проводимости? Считайте, что при ионизации удаляется в среднем лишь один из валентных электронов атома. (Ответ: 1013см-3)

Подведем итоги урока

Домашнее задание: повт. на стр. 318 «Краткие итоги главы»

▶▷▶ контрольная работа по физике по теме электрический ток

▶▷▶ контрольная работа по физике по теме электрический ток
ИнтерфейсРусский/Английский
Тип лицензияFree
Кол-во просмотров257
Кол-во загрузок132 раз
Обновление:17-11-2018

контрольная работа по физике по теме электрический ток – Yahoo Search Results Yahoo Web Search Sign in Mail Go to Mail” data-nosubject=”[No Subject]” data-timestamp=’short’ Help Account Info Yahoo Home Settings Home News Mail Finance Tumblr Weather Sports Messenger Settings Want more to discover? Make Yahoo Your Home Page See breaking news more every time you open your browser Add it now No Thanks Yahoo Search query Web Images Video News Local Answers Shopping Recipes Sports Finance Dictionary More Anytime Past day Past week Past month Anytime Get beautiful photos on every new browser window Download Контрольная работа по физике на тему”Электрический ток” (8 класс) infourokru/kontrolnaya-rabota-po-fizike-na-temu Cached › Другие методич материалы › Контрольная работа по физике на тему” Электрический ток ” (8 класс) Контрольная работа по физике на тему” Электрический ток ” (8 класс) Контрольная работа по Физике “Электрический ток” 8 класс globuss24ru/doc/kontrolynaya-rabota-po-fizike Cached Контрольная работа № 3 Электрический ток Вариант 3 Уровень i 1 Определите напряжение на концах проводника сопротивлением 20 Ом, если сила тока в проводнике 0,4 А Методическая разработка по физике (8 класс) по теме nsportalru/shkola/fizika/library/2011/08/13/ Cached Контрольная работа по теме “Электрические явления” проводится с разными типами заданий: задания с выбором ответа, задания на соответствие, задания с развернутым отвтетом Контрольная Работа По Физике По Теме Электрический Ток – Image Results More Контрольная Работа По Физике По Теме Электрический Ток images Контрольная работа по физики перышкин электрический ток nivaria-islaturru/kontrolnie-raboti/kontrolnaya Cached по физике 8 класс к учебнику Перышкина АВ – Громцева ОИ (pdf) Единицы работы электрического тока, применяемые на практике СР Скачать: Контрольные и самостоятельные работы по физике 9 класс Тест по физике для 10 класса по теме: «Электрический ток в wwwslavkrugorg/test-po-fizike-dlya-10-klassa Cached Тест по теме : « Электрический ток в различных средах» 1 в-т 1Какими носителями эл заряда создается электрический ток в металлах? контрольная работа по физике за 8 класс по теме постоянный wwwboomleru/ Cached Контрольная работа по физике для 8 класса по теме Постоянный ток на 8 вариантов 8 класс (УМК Перышкина) Рабочая программа по физике 8 класс Контрольная работа по физике на тему “Электрический infourokru/kontrolnaya-rabota-po-fizike-na-temu Cached Итоговый тест по теме ” Электрический постоянный ток ” Содержит пятнадцать заданий в двух частях Контрольная работа по физике 8 класс Тема: “Постоянный ток samopodgotovkacom/indexphp/fizika/25-kontrolnye-raboty Cached module Адаптивный блок Адсенс в начале статьи КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ 8 КЛАСС контрольная работа по физике за 8 класс по теме электрический wwwboomleru/ Cached Контрольная работа по теме « Электрический ток »8 класс2Длина провода, подводящего ток от генератора электрической энергии к потребителю, равна 120 м 8 класс Контрольная работа “Электрический ток” multiurokru/files/8-klass-kontrol-naia-rabota Cached Контрольная работа по физике для 8 класса по теме ” Электрический ток ” Работа составлена в формате ГИА Данная работа предназначена для внутришкольного аудита В соответствии с типами Promotional Results For You Free Download | Mozilla Firefox ® Web Browser wwwmozillaorg Download Firefox – the faster, smarter, easier way to browse the web and all of Yahoo 1 2 3 4 5 Next 26,700 results Settings Help Suggestions Privacy (Updated) Terms (Updated) Advertise About ads About this page Powered by Bing™

  • 04 ампера 2 Определите общее напряжение и силу тока в цепи по рисунку 3 Три проводника сопротивлением 10 Ом
  • 20 Ом и 12 Ом соединены параллельно Скрыть 3 Контрольная работа по физике ” Электрический ток ” infourokru › kontrolnaya-rabota-po-fizike…tok… Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Сайт – выбор пользователей Подробнее о сайте Тип урока: Контрольная работа по теме « Электрический ток » Цель урока: Контроль и оценивание знаний
  • если напряжение на реостате 40 В №3 Две лампы сопротивлением по 200 Ом каждая соединены последовательно в сеть напряжением 220 В Найти напряжение на каждой лампе

«сопротивление»; Развивающие Читать ещё Тип урока: Контрольная работа по теме « Электрический ток » Цель урока: Контроль и оценивание знаний

включенном в сеть с напряжением 360 В

  • применяемые на практике СР Скачать: Контрольные и самостоятельные работы по физике 9 класс Тест по физике для 10 класса по теме: «Электрический ток в wwwslavkrugorg/test-po-fizike-dlya-10-klassa Cached Тест по теме : « Электрический ток в различных средах» 1 в-т 1Какими носителями эл заряда создается электрический ток в металлах? контрольная работа по физике за 8 класс по теме постоянный wwwboomleru/ Cached Контрольная работа по физике для 8 класса по теме Постоянный ток на 8 вариантов 8 класс (УМК Перышкина) Рабочая программа по физике 8 класс Контрольная работа по физике на тему “Электрический infourokru/kontrolnaya-rabota-po-fizike-na-temu Cached Итоговый тест по теме ” Электрический постоянный ток ” Содержит пятнадцать заданий в двух частях Контрольная работа по физике 8 класс Тема: “Постоянный ток samopodgotovkacom/indexphp/fizika/25-kontrolnye-raboty Cached module Адаптивный блок Адсенс в начале статьи КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ 8 КЛАСС контрольная работа по физике за 8 класс по теме электрический wwwboomleru/ Cached Контрольная работа по теме « Электрический ток »8 класс2Длина провода
  • задания на соответствие
  • easier way to browse the web and all of Yahoo 1 2 3 4 5 Next 26

контрольная работа по физике по теме электрический ток – Все результаты Контрольная работа по физике на тему “Электрический ток” (8 › Физика 20 февр 2018 г – КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ « ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК » 8 КЛАСС ВАРИАНТ -1 1Сопротивление вольтметра равно 6000 Ом Контрольная работа по физике на тему”Электрический ток” (8 класс) › Физика Похожие Вариант 1 №1 Найти сопротивление алюминиевого провода длиной 0,3 км и площадью поперечного сечения 0,4 мм 2 №2 Найти напряжение на Контрольная работа по Физике “Электрический ток” 8 класс Похожие Контрольная работа № 3 Электрический ток Вариант 1 Уровень I 1 Какое напряжение нужно приложить к проводнику сопротивлением 0,25 Ом, Контрольная работа по физике “Электрический ток Соединение 25 сент 2017 г – Контрольная работа по теме ” Электрический ток Соединение проводников” В-1 1 Определите напряжение на электролампе, если ее Контрольная работа по физике для 8 класса по теме – Мультиурок 4 мар 2017 г – Контрольная работа №3 по теме « Электрический ток » Вариант 1 1 Определите силу тока в электрической лампочке, если через ее Картинки по запросу контрольная работа по физике по теме электрический ток “cb”:3,”cl”:6,”cr”:9,”id”:”gDfAufqtocQa5M:”,”ml”:”600″:”bh”:90,”bw”:62,”oh”:2460,”ou”:” “,”ow”:1710,”pt”:”ds02infourokru/uploads/ex/0b30/0007fa6f-5e1e13e0″,”rh”:”infourokru”,”rid”:”I9jKGXutaGz7AM”,”rt”:0,”ru”:” “,”sc”:1,”st”:”Инфоурок”,”th”:100,”tu”:” \u003dtbn:ANd9GcSlYhHqOfzTtthuauxpFjRe9X6OptjEZ2BQWgF_yUSK1p3TNklGflSIuw”,”tw”:69 “cl”:6,”cr”:3,”id”:”4tC12eldDpmxzM:”,”ml”:”600″:”bh”:90,”bw”:63,”oh”:2500,”ou”:” “,”ow”:1743,”pt”:”ds02infourokru/uploads/ex/0b30/0007fa6f-5e1e13e0″,”rh”:”infourokru”,”rid”:”I9jKGXutaGz7AM”,”rt”:0,”ru”:” “,”sc”:1,”st”:”Инфоурок”,”th”:100,”tu”:” \u003dtbn:ANd9GcT81r8felL9l0GTD66Kmrq2Z20h4syJPTnApePM7OvzENY7Wcr-jkt0XHg”,”tw”:69 “cb”:3,”cl”:12,”cr”:9,”ct”:9,”id”:”wUGRSJvaqEpimM:”,”ml”:”600″:”bh”:90,”bw”:59,”oh”:948,”ou”:” “,”ow”:638,”pt”:”xeliusestateru/images/kontrolnaya-rabota-po-teme-“,”rh”:”xeliusestateru”,”rid”:”glGfjcqWv6Bp6M”,”rt”:0,”ru”:” “,”sc”:1,”st”:”Xelius Estate”,”th”:102,”tu”:” \u003dtbn:ANd9GcQcKDtKF1UEGr6pI3pUGT62O5wPSMedbHdjSY9TlyiayVaOI0iMP92QJQ”,”tw”:68 “cb”:3,”cl”:6,”cr”:6,”id”:”-6v2ua3w1lJ3sM:”,”ml”:”600″:”bh”:90,”bw”:65,”oh”:876,”ou”:” “,”ow”:638,”pt”:”xeliusestateru/images/kontrolnaya-rabota-po-teme-“,”rh”:”xeliusestateru”,”rid”:”glGfjcqWv6Bp6M”,”rt”:0,”ru”:” “,”sc”:1,”st”:”Xelius Estate”,”th”:98,”tu”:” \u003dtbn:ANd9GcRAq3rnYbdDYLWXRShkVdKF_G8nOz_dB3U-vh3F8o3lBlg3lfcUmBXY6w”,”tw”:71 “cb”:3,”ct”:6,”id”:”unkI0hoed4XeMM:”,”ml”:”600″:”bh”:90,”bw”:109,”oh”:307,”ou”:” “,”ow”:374,”pt”:”ds05infourokru/uploads/ex/0f07/0000499e-91c96563″,”rh”:”infourokru”,”rid”:”3eeXo9jLfu_tYM”,”rt”:0,”ru”:” “,”sc”:1,”st”:”Инфоурок”,”th”:90,”tu”:” \u003dtbn:ANd9GcRHZNlOnnEu_UkbI7NNxkUxUBnKlYHM5_qOrFjTK8Wp87b1oULd6Gm0gQ”,”tw”:110 “cb”:3,”cr”:3,”ct”:3,”id”:”liDMXHCRmEezqM:”,”ml”:”600″:”bh”:90,”bw”:119,”oh”:258,”ou”:” “,”ow”:362,”pt”:”ds04infourokru/uploads/ex/039d/0004e59c-46cfc3c1″,”rh”:”infourokru”,”rid”:”0lYwR-ybzrzBNM”,”rt”:0,”ru”:” “,”sc”:1,”st”:”Инфоурок”,”th”:90,”tu”:” \u003dtbn:ANd9GcRwQ1nmnlmLfzUfH_xph4OBuhf9OGb1zVqqdmgo9EWBIENjewpniB_HUQ”,”tw”:126 “cb”:3,”cl”:6,”cr”:6,”ct”:3,”id”:”vVf9K42yU7OffM:”,”ml”:”600″:”bh”:90,”bw”:99,”oh”:326,”ou”:” “,”ow”:369,”pt”:”ds04infourokru/uploads/ex/0fa2/0003e031-6e6f13a1″,”rh”:”infourokru”,”rid”:”waEE7Fnw2FtF5M”,”rt”:0,”ru”:” “,”sc”:1,”st”:”Инфоурок”,”th”:90,”tu”:” \u003dtbn:ANd9GcRzDKWF2aTwShQTB2HjQ2qD4POmwvTx54o9CisVJns1TDlLMuCaia1HX48″,”tw”:102 Другие картинки по запросу “контрольная работа по физике по теме электрический ток” Жалоба отправлена Пожаловаться на картинки Благодарим за замечания Пожаловаться на другую картинку Пожаловаться на содержание картинки Отмена Пожаловаться Все результаты 8 класс Контрольная работа “Электрический ток” – Мультиурок Похожие 17 окт 2015 г – Контрольная работа по физике для 8 класса по теме ” Электрический ток ” Работа составлена в формате ГИА Данная работа Физика – 8 класс Контрольная работа по теме “Электрические Похожие 8 класс Контрольная работа по теме “Электрические явления Электрический ток ” Физика Физика 8 класс Контрольная работа по теме Контрольная работа по физике Постоянный ток 8 класс 20 нояб 2017 г – Контрольная работа по физике Постоянный ток для учащихся 8 класса За 20 минут через утюг проходит электрический заряд 960 Кл Рейтинговая контрольная работа “Электрический ток” – физика 26 янв 2015 г – Рейтинговая контрольная работа но теме Электрический ток Цель: проверить усвоение знаний но данному разделу в поэтапной [PDF] Контрольная работа по физике 8 класс (январь) wwwschooloftomorrowru/studyhome/kr/kr8//Физика%208%20класс%20январьp Контрольная работа по физике 8 класс (январь) Тема : Объяснение электрических явлений Проводники, полупроводники и непроводники Электрический ток , источники тока Электрическая цепь Ток в металлах Действия Контрольная работа по теме «электрический ток» 1 вариант 2 Документ – 1На двух одинаковых металлических шарах находятся положительный заряд + Q и отрицательный заряд -5Q При соприкосновении шаров Самостоятельная работа по теме «Электрический ток», 10 класс fizikaprofiru/samostoiatelnaia-rabota-po-teme-elektricheskii-tok-10-class/ Похожие Дидактические материалы 10-11 класс / Дифференцированные самостоятельные 10 класс / Самостоятельная работа по теме « Электрический ток », 10 Контрольная работа по теме работа и мощность электрического 8 апр 2013 г – Учебно-методический материал по физике (8 класс) по теме : Контрольная работа по теме работа и мощность электрического тока 8кл Контрольная работа по физике 8 класс № 3doc – Контрольная Файл Контрольная работа по физике 8 класс № 3doc для материала по дисциплинам Физика , Контрольная работа № 3 по теме : « Электрический ток Контрольная работа по физике для 11 класса, тема – Pandiaru Контрольная работа 1 по теме « Электрический ток в различных средах» Вариант 1 1 В вакуумном диоде электрон подлетает к аноду со скоростью V Контрольная работа по физике 8 класс по теме электрические › Лента заказов › Контрольные работы › Физика Похожие Автор выполнил контрольную работу Контрольная работа по физике 8 класс по теме электрические взаимодействия, электрический ток по физике по [DOC] Контрольно измерительные материалы по физике для 8 класса (3 wwweduportal44ru/Kostroma_EDU/Kos/2014%20КИМ%208-2%20на%203doc Похожие Контрольная работа №1 Контрольная работа состоит из 4 вариантов усвоения) знаний, умений и навыков учащихся по теме « Электрический ток » ЗАВУЧинфо – Контрольная работа по теме “Постоянный wwwzavuchru/methodlib/122/47297/ Похожие Контрольная работа по теме “Постоянный электрический ток “, 10 класс контрольная работа в 12 вариантах для профильного изучения физики (не Контроль знаний на уроках физики при изучении темы открытыйурокрф/статьи/537556/ В настоящее время наиболее актуальным являются: работа со всем классом и уровневые задачи, тесты, лабораторная работа, контрольная работа , Запишите формулу мощности электрического тока и назовите единицу ее Контрольная работа по теме «Электрический ток в различных vagapovanrru/контрольные-работы//контрольная-работа-по-теме-электриче-2/ Похожие 22 нояб 2015 г – Контрольная работа по теме «Законы постоянного тока » Контрольная работа по теме «Механические и электромагнитные волны» → (физика) 8 класс wwwpolytech31ru/engineer/indexphp/laboratory/fizica/multimedijnye/8-class Похожие Мультимедийные уроки ( физика ) 8 класс Контрольная работа по теме ” Электрический ток ” Урок 47/21 Работа и мощность электрического тока Тестовое задание по физике “Электрический ток в различных 15 февр 2018 г – Рекомендуется для проведения на заключительном занятии ” Электрический ток в различных средах” 10 класс, физика document [DOC] ТЕМА 2 «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ» 22 часа Похожие «Программа курса физики и поурочное планирование 7 – 9 классы” – М: Мнемозина, 2007 Контрольная работа № 1 по теме «Электрические заряды [DOC] Контрольная работа №1 по теме: «Постоянный электрический ток lubadonleonskolaedusiteru/DswMedia/11kldocx Рабочая программа по физике составлена на основе федерального компонента Контрольная работа №1 по теме : «Постоянный электрический ток » [DOC] ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Физика – фундаментальная наука (1)doc Физика – фундаментальная наука, имеющая своей предметной областью Кратковременная контрольная работа № 5 по теме « Электрический ток [DOC] тема 2 wwwsaasmarru/images/uploads/all/10класс2полугодиеdoc Тема урока Домашнее задание 32 Контрольная работа “Молекулярная физика Основы Электрический ток в различных средах (5 часов) Варианты контрольной работы “Электрические явления Контрольная работа по теме : электрические явления Задача 2 Электрический ток , сила тока, электрическое напряжение По электрической сети протекает Фадеева АА, Засов АВ, Киселев ДФ Физика 8 – М: Просвещение Глава 1 Постоянный электрический ток [Касьянов ВА]: 9 www56bitru/materials/fizika/11/glava-1-postoyannij-elektricheskij-tok/h/ Название предмета Физика Класс 11 УМК Физика 11 класс Контрольная работа №1 по теме «Постоянный электрический ток » Вариант 2 1 (1 балл) Контрольная работа по теме: «Электрический ток в различных home-taskcom › Электрический ток в различных средах Похожие Рейтинг: 5 – ‎1 голос Цель урока: выявить знания, умения, степень усвоения материала темы Ход урока Организационный момент Выполнение контрольной работы [PDF] Планирование курса «Физика 8 класс» portalciokoru/uploads/files/Progr_Phiz_8_classpdf Кулона-Кавендиша Закон Кулона Электрическое поле Силовые линии Тема 5 «Электрические явления» (5 часов) Контрольная работа №3« Работа электрического тока Мощность электрического тока Потребление Тест по физике, тема “Электрический ток в разных средах 14 нояб 2011 г – Тест в девяти вариантах по теме « Электрический ток в разных средах», к уроку физики ” Работа и мощность электрического тока ” Готовимся к контрольной работе по теме “Электрический ток galmyasblogspotcom/2014/02/blog-post_19html 19 февр 2014 г – Готовимся к контрольной работе по теме ” Электрический ток Соединения Для тех, кто желает хорошо подготовиться к контрольной, задания для Дополнительное образование по физике для семиклассников Контрольная работа по Физике “Электрический ток” 8 класс › 8 класс Контрольная работа по Физике ” Электрический ток ” 8 класс документ в формате doc и Определите общее сопротивление и силу тока в цепи (рис Свежие документы: Конспект урока на тему “Скорость Время Расстояние” 2 Контрольная работа 1 по теме «Законы постоянного тока» – PDF класс Контрольная работа по теме «Законы постоянного тока» Вариант По какой из 5 Контрольная работа по теме 4 «Квантовая физика » Вариант по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой Контрольная работа по теме “Законы постоянного тока” 10 класс учитель физики Город г Челябинск Дата создания 13052014 Файл материала Контрольная работа по теме Постоянный токdocx Рейтинг Контрольная работа по темам “Законы постоянного тока”, ” Электрический ток в ▷ законы постоянного электрического тока контрольная работа immanuelenglishcom//zakony-postoiannogo-elektricheskogo-toka-kontrolnaia-rab 8 нояб 2018 г – законы постоянного электрического тока контрольная работа – Все результаты Контрольная работа по физике по теме : “Законы Физика Задания на контрольные работы 3 “Электричество и windoweduru/catalog/pdf2txt/409/25409/8022 Похожие Контрольная работа №3 «Электричество и магнетизм» 21 Задачи по теме “Постоянный электрический ток ” охватывают такие вопросы как Контрольная работа по физике по теме: “Электрические явления” Похожие Контрольная работа по физике по теме : “Электрические явления” Упорядоченным движением каких частиц создается электрический ток в металлах? Контрольная работа по теме: “Электрический ток в различных mitrofanov2010ucozru › Файлы › Контрольные по физике 21 апр 2010 г – Персональный сайт учителя физики и информатики Контрольная работа по теме : ” Электрический ток в различных средах” [DOC] Контрольная работа № 3 wwwkulinar66ru//Контрольная%20работа%20Закон%20Ома%20для%20участк Похожие Контрольная работа № 4 Тема : Закон Ома Электрический утюг включен в сеть с напряжением 220ВКакова сила тока в нагревательном элементе утюга, если его сопротивление 48,4 Ом? Через проводник длиной 12 м и Контрольная работа электростатика постоянный электрический ток Похожие Контрольная работа по теме : ” Постоянный электрический ток ” Вариант 1 1 Контрольная работа по физике 10 класс Механика 4 варианта, [PDF] Поурочное планирование по физике 8 Б,В класс Контрольная работа №1 по теме «Тепловые явления» 0310-0810 II 27/ 10 Электрическое напряжение Зависимость силы тока от напряжения 1912 [PDF] РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ОДП03 Физика tspc89ru/ckfinder/userfiles/files/ОДП_03%20Физикаpdf энергия электрического поля, сила электрического тока , электрическое напряжение, Итоговая аттестация в форме: контрольная работа (1 – 3 семестры) Термодинамика Молекулярная физика 20 Тема 21 Основы МКТ Контрольная работа по теме «Работа и мощность – Урокрф Похожие 27 окт 2016 г – Учебно-дидактические материалы по Физике для 8 класса по УМК АВ Пёрышкин Контрольная работа в 8 классе по теме «Работа и мощность Мощность электрического паяльника 60 Вт Сила тока в цепи 0,5 [PDF] 10 класс Контрольная работа по теме «Молекулярная физика Основы термодинамики» 1 Электрический ток в различных средах (5 часов) 63 Электрическая [PDF] Лицей № 1 им академика БН Петрова school20smoladminru/fizik_10ypdf В результате изучения физики ученик должен знать/понимать сопротивления, работы и мощности электрического тока ; Контрольная работа № 1 «Кинематика Решение задач по теме «Законы Ньютона» С№ 105,115,125 , Контрольная работа №1 по теме «Сила тока Закон Ома для uchebana5ru/cont/2774420html За направление электрического тока принимается направленное движение под действием Контрольная работа № 2 по теме «Постоянный электрический ток » 1 Контрольная работа по теме № 9 « Физика высоких энергий» Физика 10-11 класс Контрольные вопросы по теме Электрический class-fizikanarodru/10_14htm Похожие Физика 10-11 класс КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ ПО ТЕМЕ : ” Электрический ток в различных средах” Электрический ток в металлах Электрический ток (3) – Реферат , страница 1 – Учебные материалы Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике Чтобы он возник Реферат по физике на тему : « Электрический Вместе с контрольная работа по физике по теме электрический ток часто ищут контрольная работа по физике 8 класс электрический ток с ответами контрольная работа по теме электрический ток 10 класс контрольная работа по физике электрический ток 10 класс контрольная работа по теме электрический ток ответы контрольная работа по физике электрический ток 8 класс ответы контрольная по физике 8 класс электрический ток ответы контрольная работа по физике 8 класс сила тока напряжение сопротивление контрольная работа по физике 9 класс электрический ток Навигация по страницам 1 2 Следующая Ссылки в нижнем колонтитуле Россия – Подробнее… Справка Отправить отзыв Конфиденциальность Условия Аккаунт Поиск Карты YouTube Play Новости Почта Контакты Диск Календарь Google+ Переводчик Фото Ещё Документы Blogger Hangouts Google Keep Подборки Другие сервисы Google

Яндекс Яндекс Найти Поиск Поиск Картинки Видео Карты Маркет Новости ТВ онлайн Музыка Переводчик Диск Почта Коллекции Реклама Все Ещё Дополнительная информация о запросе Показаны результаты для Нижнего Новгорода Москва 1 Контрольная работа по физике на тему infourokru › kontrolnaya-rabota-po-fizike…temu…tok… Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Сайт – выбор пользователей Подробнее о сайте Инфоурок › Физика › Другие методич материалы › Контрольная работа по физике на тему ” Электрический ток ” (8 класс) 2Длина провода, подводящего ток от генератора электрической энергии к потребителю, равна 120 м Какое сечение должен иметь медный провод, если при величине протекающего по нему Читать ещё Инфоурок › Физика › Другие методич материалы › Контрольная работа по физике на тему ” Электрический ток ” (8 класс) Контрольная работа по физике на тему ” Электрический ток ” (8 класс) библиотека материалов Контрольная работа по теме « Электрический ток » 8 класс Вариант -1 1Сопротивление вольтметра равно 6000 Ом 2Длина провода, подводящего ток от генератора электрической энергии к потребителю, равна 120 м Какое сечение должен иметь медный провод, если при величине протекающего по нему тока в 160 А напряжение равно 8 В? (меди)=0,017 3Пять проводников, имеющих сопротивление 5, 8, 10, 2, 4 Ом, могут быть соединены последовательно и параллельно Скрыть 2 Контрольная работа по физике на тему ” Электрический infourokru › kontrolnaya-rabota-po-fizike-na…tok… Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Сайт – выбор пользователей Подробнее о сайте Инфоурок › Физика › Другие методич материалы › Контрольная работа по физике на тему ” Электрический ток ” (8 №2 Найти силу тока в реостате, изготовленном из никелиновой проволоки длиной 60 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2, если напряжение на реостате 40 В №3 Две лампы сопротивлением по 200 Читать ещё Инфоурок › Физика › Другие методич материалы › Контрольная работа по физике на тему ” Электрический ток ” (8 класс) Контрольная работа по физике на тему ” Электрический ток ” (8 класс) библиотека материалов Вариант 1 №2 Найти силу тока в реостате, изготовленном из никелиновой проволоки длиной 60 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2, если напряжение на реостате 40 В №3 Две лампы сопротивлением по 200 Ом каждая соединены последовательно в сеть напряжением 220 В Найти напряжение на каждой лампе, полное сопротивление цепи, силу тока в цепи Начертить схему цепи №4 Три проводника сопротивлением 10 Ом, 20 Ом и 12 Ом соединены параллельно Скрыть 3 Контрольная работа по физике ” Электрический ток ” infourokru › kontrolnaya-rabota-po-fizike…tok… Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Сайт – выбор пользователей Подробнее о сайте Тип урока: Контрольная работа по теме « Электрический ток » Цель урока: Контроль и оценивание знаний, умений и навыков по изученным темам Образовательные: проверить знания о различных видах соединений; о понятиях «сила тока », «напряжение», «сопротивление»; Развивающие Читать ещё Тип урока: Контрольная работа по теме « Электрический ток » Цель урока: Контроль и оценивание знаний, умений и навыков по изученным темам Образовательные: проверить знания о различных видах соединений; о понятиях «сила тока », «напряжение», «сопротивление»; Развивающие: развивать умение обобщать знания, применять знания в конкретных ситуациях; Воспитательные: привитие интереса к предмету Этапы урока: Организационный этап Раздача контрольных работ Завершающий этап Сценарный ход урока: Добрый день, присаживайтесь Как вы помните, сегодня у нас контрольная работа Скрыть 4 Контрольная работа по Физике ” Электрический ток ” doc4webru › …kontrolnaya-rabota-po-fizike…tok… Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Контрольная работа № 3 Электрический ток Вариант 1 Уровень I 1 Какое напряжение нужно приложить к проводнику сопротивлением 0,25 Ом, чтобы сила тока в проводнике была 30 А? Контрольная работа № 3 Электрический ток Вариант 2 Уровень I Читать ещё Контрольная работа № 3 Электрический ток Вариант 1 Уровень I 1 Какое напряжение нужно приложить к проводнику сопротивлением 0,25 Ом, чтобы сила тока в проводнике была 30 А? 2 Определите сопротивление нихромовой проволоки длиной 40 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2 3 Определите общее сопротивление и силу тока в цепи (рис 115) Уровень II 4 Определите сопротивление алюминиевой проволоки длиной 150 см, если площадь ее поперечного сечения 0,1 мм2 Каково напряжение на концах этой проволоки при силе тока 0,5 А? 5 Определите общее сопротивление цепи (рис 116) Контрольная работа № 3 Электрический ток Вариант 2 Уровень I Скрыть 5 Тест по физике (8 класс) на тему : Контрольная работа nsportalru › …2015/11/12/kontrolnaya-rabota…tok… Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Определите силу тока в ней Контрольная работа № 5: Электрический ток Соединения проводников Открытый урок в 8 кл по физике был показан при проведении семинара РМО учителей физики Читать ещё Определите силу тока в ней Контрольная работа № 5: Электрический ток Соединения проводников Вариант 4 Открытый урок в 8 кл по физике был показан при проведении семинара РМО учителей физики При проведении виртуаьной лабораторной работы использовались материалы ЦОР , программа “Лабораторные работ Конспект урока по физике для 8 класса по теме «Последовательное и параллельное соединение Закономерности последовательного и параллельного соединения проводников» Конспект урока по физике для 8 класса по теме «Последовательное и параллельное соединение Закономерности последовательного и параллельного соединения проводников» Мне нравится Скрыть 6 Контрольная работа по физике по теме Электрический ток — смотрите картинки ЯндексКартинки › контрольная работа по физике по теме Пожаловаться Информация о сайте Ещё картинки 7 Контрольная работа по физике ” Электрический ток ” metod-kopilkaru › kontrolnaya-rabota-po-fizike…tok… Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Контрольная работа по теме ” Электрический ток Соединение проводников” В-1 1 Определите напряжение на электролампе 3 Три проводника сопротивлением 2 Ом, 4 Ом и 5 Ом соединены параллельно Сила тока в первом проводнике 2 А Найдите силу тока во втором и третьем проводниках Какова общая сила Читать ещё Контрольная работа по теме ” Электрический ток Соединение проводников” В-1 1 Определите напряжение на электролампе, если ее сопротивление 17 Ом, сила тока 0,04 ампера 2 Определите общее напряжение и силу тока в цепи по рисунку 3 Три проводника сопротивлением 10 Ом, 25 Ом и 50 Ом соединены параллельно и включены в сеть с напряжением 100 В Определите общее сопротивление участка, силу тока на каждом проводнике и общую силу тока в цепи, напряжение на каждом участке и общее напряжение 3 Три проводника сопротивлением 2 Ом, 4 Ом и 5 Ом соединены параллельно Сила тока в первом проводнике 2 А Найдите силу тока во втором и третьем проводниках Какова общая сила тока в цепи? Скрыть 8 8 класс Контрольная работа ” Электрический ток ” multiurokru › files/8-klass-kontrol…rabota…tokhtml Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Контрольная работа по физике для 8 класса по теме ” Электрический ток ” Работа составлена в формате ГИА Данная работа предназначена для внутришкольного аудита В соответствии с типами заданий в работе выделяются три части Часть А состоит из Читать ещё Контрольная работа по физике для 8 класса по теме ” Электрический ток ” Работа составлена в формате ГИА Данная работа предназначена для внутришкольного аудита В соответствии с типами заданий в работе выделяются три части Часть А состоит из 9 заданий с выбором ответа К каждому из них дано несколько вариантов ответа, из которых правильный только один Часть В содержит 2 задания на соответствие и 1 открытое задание с кратким ответом – расчёт сопротивления проводника по графику зависимости силы тока от напряжения Часть С содержит 2 задания , по которому необходимо дать развернутый отве Скрыть 9 Тест по физике для текущего контроля знаний урокрф › library/test__po_fizike_dlya_tekushego… Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте по теме «Постоянный электрический ток » Методические указания Время выполнения- 30 мин Уровень выполнения тестового задания оценивается в баллах, которые затем переводятся в оценку Баллы выставляются следующим образом: Верно выполненное задание с выбором ответа – 1 балл Читать ещё по теме «Постоянный электрический ток » Методические указания Время выполнения- 30 мин Уровень выполнения тестового задания оценивается в баллах, которые затем переводятся в оценку Баллы выставляются следующим образом: Верно выполненное задание с выбором ответа – 1 балл Верно выполненное задание на соответствие – 2 балла Верно решенная задача и выбор правильного ответа – 3 балла Оценка Количество баллов Скрыть 10 8 класс Контрольная работа по теме ” Электрические ” kursotekaru › course/5908/lesson Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте Электрический ток ” Физика 8 класс Контрольная работа по теме ” Электрические явления Электрический ток ” Контрольная работа по теме « Электрический ток » studydocru › doc/992248…naya-rabota-po-teme…tok» Сохранённая копия Показать ещё с сайта Пожаловаться Информация о сайте 10 Определите сопротивление электрический лампы, сила тока в которой 0,5 А при напряжении 120 В 11 Определите силу тока в электрочайнике, включенном в сеть с напряжением 360 В, если сопротивление нити накала при работе чайника равно 40 Ом 12 Как можно определить сопротивление проволоки, если у вас Читать ещё 10 Определите сопротивление электрический лампы, сила тока в которой 0,5 А при напряжении 120 В 11 Определите силу тока в электрочайнике, включенном в сеть с напряжением 360 В, если сопротивление нити накала при работе чайника равно 40 Ом 12 Как можно определить сопротивление проволоки, если у вас на руках следующие приборы – весы и линейка? Контрольная работа по теме « Электрический ток » Вариант №3 1 Плитка включена в осветительную сеть Какое количество электричества протекает через нее за 10 мин, если сила тока в подводящем шнуре равна 5А? Скрыть Вместе с « контрольная работа по физике по теме электрический ток » ищут: итоговая контрольная работа по физике 7 класс контрольная работа по биологии контрольные работы по физике 7 класс входная контрольная работа по физике входная контрольная работа по физике 9 класс с ответами перышкин итоговая контрольная работа по физике 10 класс итоговая контрольная работа по физике 7 класс с ответами итоговая контрольная работа по физике 8 класс с ответами контрольная работа по английскому языку контрольная работа по английскому языку 4 класс 1 2 3 4 5 дальше Браузер Все новые вкладки с анимированным фоном 0+ Установить

дел: Никола Тесла | Институт Франклина

Введение

Никола Тесла родился в сельской деревне в Хорватии. В 1884 году он привез свой блестящий научный ум в Америку, чтобы работать с Томасом Эдисоном. Однако именно Джордж Вестингауз полностью осознал талант Теслы и начал с ним партнерство. Во время этого временного партнерства с Westinghouse и в течение многих последующих лет Tesla добилась удивительных успехов в области электротехники и зарабатывала десятки патентов.

Кем был Никола Тесла? Каков его вклад в исследования высокочастотных явлений?

Блестящие воображения

Никола Тесла родился 9 июля 1856 года в Смиляне, деревне в сельской Хорватии, которая тогда входила в состав Австро-Венгерской империи. Он был сыном сербского православного священника, известного проповедника, умной и изобретательной, хотя и необразованной матери. Тесла был вторым сыном в семье из двух мальчиков и трех девочек. Его блестящий 12-летний брат Дэйн погиб в результате несчастного случая, когда Николе было пять лет.

Тесла рос ребенком с острым воображением, свободно говорил на шести языках и увлекался механическими приспособлениями. Вундеркинд, он был предназначен для семейных занятий священством или военным, но во время детской болезни он смог получить разрешение осуществить свои мечты в науке. Он описал свои авантюрные фантазии как нечто большее, чем просто мечты; вместо этого они были очень подробными визуализациями с добавлением интуиции.

В возрасте от 10 до 14 лет Тесла ходил в школу в городе Госпич, получив высшее образование как блестящий ученик, который научился вне класса столько же, сколько он узнал внутри.В течение следующих трех лет в колледже в Карлштадте Тесла открыл для себя страсть своей жизни: науку об электричестве. Его заявлению об этом выборе воспротивились его родители, но решение было отложено, когда Тесла умер из-за эпидемии холеры в своем родном городе. Он был опасно болен и ограничен в течение года, а когда он выздоровел, его отец позволил инженерным амбициям сына развиваться.

В 1875 году Тесла начал изучать электротехнику в Политехническом институте в Граце, Австрия.Опять же, с упорными усилиями, которые позволяли только учиться, он преуспел. В Граце Тесла смог наблюдать новую машину Грамма, которая вырабатывала электричество постоянного тока с помощью электромагнитов, а также могла быть преобразована в двигатель с электрическим приводом. Демонстрация посеяла интуитивное семя в мозгу Теслы. Почему было необходимо затратить столько усилий, чтобы преобразовать переменный ток (AC), производимый динамо-машиной, в постоянный (DC)? Почему бы не оставить текущий переменный ток и не запустить двигатель таким образом?

Электрическим стандартом в то время был постоянный ток, тот же режим, производимый батареей, режим, к которому все привыкли и принимали.Даже представить себе пригодный к употреблению переменный ток было фантастическим. Сильные инстинкты Теслы подсказали ему, что это возможно, но в то время, несмотря на его усилия по визуализации и мысленную гимнастику, изображающую множество работающих моделей динамо, он не смог найти решение этой назойливой проблемы.

Тесла перешел изучать электричество в Пражский университет и, не имея средств, ушел через год на небольшую должность в недавно созданном Венгерском телеграфном офисе в Будапеште. Признание его способностей пришло быстро, и в 1881 году он стал менеджером телефонной компании и, с присущим ему энтузиазмом, работал, изобретал и начинал лавину открытий.Тем не менее, его фиксация на идее переменного мотора осталась и в конечном итоге проявилась в критическом психическом и физическом срыве с весьма загадочными симптомами. Повышенная чувствительность к звукам, свету и вибрации вызывала дрожь, подергивание и очень неустойчивую частоту пульса. Болезнь продолжалась несколько месяцев и не поддалась медицинскому диагнозу. Пришло физическое улучшение, крайняя чувствительность уменьшилась, и Тесла вернулся к работе, все еще сохраняя свое увлечение головоломкой с двигателем переменного тока.

Решение головоломки пришло к нему драматическим образом в феврале 1882 года.Когда он гулял с другом на закате и читал стихи Гете, Теслу охватил приступ откровения. Он стоял ошеломленный, объясняя, как будет работать двигатель переменного тока. Видение, которое он обрисовал в мельчайших деталях, возникло спонтанно в ответ на вопросы, которые он задал себе еще в 1875 году. Позже Тесла описал свои способности к визуализации на примере того, что он предвидит дизайн во всех деталях, а затем возвращается к дням сохраненных изображений или через несколько недель и вы сможете проверить его на износ, как если бы он работал в течение промежуточного периода.

В разгар этого ажиотажа работодатель Теслы продал телефонную компанию, но призвал этого необычного гения переехать в Париж для работы и расширил возможности. Тесла переехал в Париж в апреле 1882 года.

Хотите узнать больше о Николе Тесла? Узнайте больше о его награде Cresson

В Париже Тесла был направлен на должность младшего инженера в Compagnie Continental Edison, филиал американской компании, созданной для расширения производства генераторов постоянного тока и систем освещения Edison.Быстро продвигаясь вперед, Tesla стала одним из разъездных ремонтников, которых отправляли для работы над установками по всей Европе. Он продолжал оставаться странным, фобическим персонажем и с энтузиазмом рассказывал о своей системе кондиционирования воздуха. Он получил мало внимания со стороны коллег, которые были слишком заняты расширением системы постоянного тока. Компания ошеломила публику, осветив Парижскую электрическую выставку 1881 года, и устанавливала генераторы в местах с ограниченным освещением, таких как фабрики. Однако дальность передачи в одну милю для практической передачи постоянного тока ограничивала продажи более крупными установками, такими как города.

Немецкий город Страсбург купил систему Эдисона, но церемония открытия железнодорожного вокзала была катастрофой. Бросок выключателя вызвал немедленный взрыв, в результате которого была взорвана стена вагонного депо. Немецкоязычная компания Tesla была отправлена ​​для решения этой проблемы. Он провел год, занимаясь ремонтом и ожидая одобрения работы бюрократии различного уровня.

Во время медленного ожидания Тесла смог воплотить свои мечты в реальность.В арендованном механическом цехе он построил прочную версию динамо-машины, которую он запомнил в прошлом году. Модель сработала красиво. По возвращении в Париж план Теслы состоял в том, чтобы собрать свой страсбургский бонус для стартовых средств и найти французских финансовых спонсоров, когда он будет строить свои новые генераторы переменного тока и двигатели.

Бонус не материализовался либо из-за нехватки средств со стороны компании Edison, либо из-за неоправданных ожиданий со стороны Tesla. Менеджеры Эдисона посоветовали Тесле испытать свои мечты и планы в Америке.28-летний мужчина, который учился, работал и путешествовал по большей части Центральной Европы, отправился в Соединенные Штаты.

Никола Тесла прибыл в Нью-Йорк 6 июня 1884 года и отправился искать друга, с которым он будет жить. Он остановился, чтобы заняться ремонтом двигателя, который случайно нашел по пути, и встретился с Томасом Эдисоном, встречу, которую он назвал «памятным событием в моей жизни».

Работая на Эдисона, Тесла снова быстро продвигался вперед, и его многочисленные патентоспособные разработки повысили эффективность и управляемость.Тесла снова убедился, что Эдисон не выполнил обещание о бонусах, и ушел из компании в течение года.

К этому времени инженерная репутация Теслы была известна, и он нашел финансовую поддержку для разработки своих любимых генераторов переменного тока и двигателей. Была основана компания Tesla Light and Manufacturing, которая начала производить дуговое освещение с приводом от переменного тока. После завершения проекта по освещению города Рэуэй, штат Нью-Джерси, Тесла рассчитывал продолжить производство генераторов, но его наивность привела к провалу.Осенью 1886 года сторонники не согласились с Теслой, обманом лишили его денег и патентов и оставили без гроша.

На следующем этапе своей насыщенной событиями жизни Тесла провел зиму 1886 года, работая землекопом и, без сомнения, рассказывая всем, кого встречал, о своих системах электроснабжения переменного тока. Бригадир признал его многообещающий труд и представил Tesla начальству, которое также оценило его возможности.

В апреле 1887 года на юге Манхэттена родилась компания Tesla Electric, и Тесла наконец получил возможность построить – в реальности – все электрические системы, от генераторов до трансформаторов и двигателей, которые были в его зрительной памяти с того дня в Будапешт.

Когда он подал заявку на патент на свое изобретение, он получил указание от патентного ведомства переработать и повторно подать его, разбитое на семь отдельных разделов, чтобы отразить изобретательский объем работы. Патенты США с номерами от 381968 до 381 970 и с 382 279 по 382 282 были выданы 1 мая 1888 года.

Инженерное братство начало обращать внимание на Теслу, и его убедили обратиться в Американский институт инженеров-электриков 16 мая 1888 года. Описание Теслой теории и реализации его изобретений было встречено как шедевр; его гений был признан.

Тесла очень мало интересовался коммерческим развитием своих изобретений, предпочитая продолжать «мечтать» и надеяться, что каким-то образом финансирование материализуется. Возможность появилась в лице Джорджа Вестингауза, изобретателя и бизнесмена из Питтсбурга, который заработал состояние на производстве пневматических тормозов для растущей железнодорожной отрасли. Вестингауз увидел потенциал Теслы, и Тесла принял его предложение в размере одного миллиона долларов за его патенты плюс гонорар в размере одного доллара за каждую лошадиную силу на все производимые двигатели.Теперь у Теслы было огромное богатство, соответствующее его репутации и его гению.

Согласно договоренности, Тесла должен был провести время на заводе в Питтсбурге, когда началось производство его двигателей. Ему не нравились неизбежные конфликты, которые возникали при преобразовании теоретической и экспериментальной конструкции завода в полномасштабное производство, и он с радостью вернулся в Нью-Йорк в конце года. Вскоре после этого началось производство двигателей, и Тесла с радостью вернулся в свою лабораторию. В течение следующих четырех лет он получил 45 U.С. патенты.

В то время основным применением электричества было освещение от ламп накаливания постоянного тока, разработанных Томасом Эдисоном, и дуговых ламп переменного тока, поставляемых Westinghouse и Thomson-Houston Company. Финансовый климат Соединенных Штатов в эту эпоху промышленного роста определялся спросом на капитал, и консолидация была обычным явлением. Thomson-Houston слилась с Edison и другими, чтобы стать компанией General Electric, и Westinghouse потребовались партнеры для обеспечения ее платежеспособности.

Эти потенциальные партнеры потребовали, чтобы Вестингауз отменил лицензионное соглашение с Tesla, но этот изобретатель не хотел идти на этот шаг. Не имея другого выбора, Вестингауз обратился к Tesla с просьбой отменить их контракт с его многомиллионной стоимостью, подчеркнув при этом свою приверженность энергоснабжению переменного тока и усилиям Tesla. Ссылаясь на доверие и поддержку своего друга, Тесла просто разорвал контракт. Этот чрезвычайно щедрый жест означал, что Westinghouse Electric and Manufacturing Company процветала.По определению, Тесла также сократил финансирование своих дальнейших исследований и изобретений как минимум на десять миллионов долларов.

В возрасте 33 лет, богатый человек, отказавшийся от брака в пользу своей преданности науке и природе, Тесла применил свой гений в более широких, больших усилиях. Он намеревался исследовать пределы электромагнитного излучения. Он создал электрический ток, работающий со скоростью до 10 000 циклов в секунду (стандарт США – 60), чтобы дублировать световой луч.Он отметил преимущество высокочастотного тока в трансформаторе, используемом для передачи электроэнергии, и продолжил изобретать трансформаторы с катушкой Тесла в изолирующих масляных ваннах, которые используются до сих пор. Эксперименты Теслы достигли частоты 20000 циклов в секунду при чрезвычайно высоких напряжениях. В своем обращении к Американскому институту инженеров-электриков в мае 1891 года он произвел фурор, продемонстрировав искровые разряды в 100 000 вольт длиной пять дюймов, плюс самые яркие электрические лампы от преобразованного переменного тока.

Тесла был теперь публичным героем, которого прославляли повсюду, но все еще был одержим своим аппетитом к познанию всего электрического. Он ответил на многочисленные приглашения изысканной едой для своих гостей, за которой последовало лабораторное шоу всех видов завораживающих, светящихся, искрящихся и вращающихся объектов, приводимых в движение электричеством. Основным моментом была демонстрация, в которой он пропустил электрический ток через свое тело с головы до ног, сначала определив оптимальную частоту и мощность, а затем создав эти условия с помощью своих высокочастотных динамо-машин и катушечных трансформаторов.

В конце концов, приняв европейские приглашения, Тесла прочитал свою поучительную лекцию и показал удивительные электрические эксперименты на дороге. Всего за восемь лет после отъезда из Парижа в Соединенные Штаты Тесла превратился из бедного иммигранта в инженера, затем из нищего землекопа в международную знаменитость – и все это к 36 годам. фосфоресцентные лампы, электронные лампы для приема беспроводного сигнала и принципы настройки катушек, используемые в радиоприемниках.

Находясь в Париже, Тесла узнал о серьезной болезни своей матери и уехал в Госпич; он мог быть с ней в последние недели ее жизни. На родине к нему относились как к национальному герою. Тяжелая болезнь, которую он перенес во время пребывания в Сербии, побудила Тесла к самоанализу и решению избегать всех отвлекающих факторов и сосредоточиться на своих экспериментах. Он вернулся в Нью-Йорк, возобновил свой уединенный образ жизни и возобновил исследования обещаний электричества.

В мае 1893 года в Чикаго открылась Колумбийская выставка с внутренним и внешним освещением, предоставленным компанией Westinghouse с использованием технологий Tesla. Установка Westinghouse «затмила» усилия Эдисона по освещению, и Тесла представила впечатляющее личное опровержение утверждения Эдисона о том, что переменный ток по своей природе слишком опасен для повседневного использования.

С тех пор, как Тесла впервые представил электричество переменного тока, началась «война электрических токов», когда Эдисон настаивал на безопасности постоянного тока по сравнению с переменным током.Фактически безопасность обеспечивала минимальная сила постоянного тока.

Теперь Тесла опроверг это утверждение, позволив без вреда пропустить через свое тело заряд в миллион вольт. Переменный ток выиграл «войну».

Westinghouse также использовала многофазную систему Tesla, используя энергию Ниагарского водопада, чтобы произвести 37 300 киловатт электроэнергии от десяти генераторов и передать ее в Буффало, который находился на расстоянии 22 миль. Система была запущена в августе 1895 года.

Чтобы продвинуть свои эксперименты с высокой частотой, Тесла построил поршневой двигатель, работающий от воздуха или пара, что привело к ссоре с полицейским управлением. Наблюдая за вибрациями машины, он отвлекся от исследования механических вибраций, которые она вызывала. Он пришел к выводу, что механический колебательный резонанс похож на резонанс электрического тока. Созданная им машина с «высокими колебаниями» работала слишком хорошо. Он сработал достаточно сильно, чтобы вызвать у жителей опасения землетрясения, и заставило полицию прекратить его эксперименты.

В сентябре 1898 года Тесла снова оказался на первых полосах новостей, продемонстрировав роботизированную лодку с дистанционным управлением. Модель лодки управлялась по беспроводной сети с помощью сигналов от передатчика Теслы к ее антенне и приемнику, а затем к сервомеханизму, который переводил сигнал на различные маневры: запуск, остановку, поворот и т. Д. Это было замечательное сочетание беспроводной телеграфии и робототехники. .

Тесла, гражданин США с 1889 года, предложил это изобретение США.Но правительство С. высмеивали и отвергали. Патент был выдан в ноябре 1898 года, но только после того, как главный эксперт посетил Нью-Йорк, чтобы подтвердить, что машина действительно работоспособна.

Затем Тесла вернулся к своим экспериментам с источниками питания, но, построив генератор, производящий 4 миллиона вольт, он достиг пределов безопасности своей лаборатории, и ему снова не хватило денег.

В мае 1899 года Тесла был отправлен в Колорадо-Спрингс из-за предложения больших площадей и операционных средств.Катушечные трансформаторы Тесла в Колорадо были огромными, 75 футов в диаметре и производили соответственно большие напряжения и частоты – искусственные молнии длиной 135 футов и сопровождающий их гром слышен на расстоянии 15 миль. Тесла зарядил Землю до уровня, который был бы достижим только с помощью сотен естественных молний. Достаточно мощности было использовано для перегрузки и короткого замыкания в электростанции Colorado Springs Electric Company. Опять эксперименты Теслы были свернуты, и он вернулся в Нью-Йорк, чтобы доложить о своих открытиях.Дальнейшие подробности экспериментов в Колорадо оставались заблокированными в воображении Теслы, пока он не умер.

Снова потеряв деньги, Тесла вернулся в Нью-Йорк осенью 1899 года, удовлетворенный тем, что он достиг своей главной и славной цели – улучшить условия жизни человечества за счет расширения научных знаний. Через друга он опубликовал статью под названием «Проблема увеличения энергии человека», в которой изложил его личную философию и его открытия в Колорадо. Тесла считал, что тип доступной энергии был и будет определяющим фактором в развитии состояния человека, сводя такое развитие к механическому процессу.Таким образом, открывая и улучшая электрическую энергию, он сыграл свою роль в продвижении человечества: грандиозное утверждение.

Следующим благодетелем Теслы был Дж. Пьерпон Морган. Он выступил гарантом энергосистемы Ниагарского водопада, знал о гениальности Теслы и теперь поддерживал его идеи по передаче электроэнергии через землю и по беспроводному вещанию во всем мире. Морган мог представить себе коммерческий потенциал, который никогда не приходил в голову Tesla, и важность контроля за публикацией выводов идей.Теперь у Теслы был готовый сторонник, и он говорил о «благородной щедрости» Моргана.

Опять же, в 1900 году Tesla намеревалась построить новый завод в Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, который должен был служить источником универсального источника питания и всемирного вещания. Огромный размах его проекта никогда не беспокоил Теслу; с первым пожертвованием Моргана он уверенно пошел вперед. Стэнфорд Уайт согласился спроектировать центральное здание этого нового промышленного города, башню высотой 154 фута, которая будет источником электроэнергии.Неизбежно задержка в реализации проекта и неоплата счетов. Проект прекратился в 1905 году, и Тесла вернулся в Нью-Йорк.

Тесла отказался от дальнейших выгодных предложений, которые не соответствовали его идеалистическим целям и повлекли за собой последствия. Он вернулся к проектированию турбин и к 1910 году уже имел модели. Однако его работа конкурировала с оборудованием, которое было разработано в период после Ниагары, когда Тесла был занят своими предприятиями в Колорадо и Лонг-Айленде. Скрытный характер и упрямство Теслы вызвали проблемы, и он встретил аудиторию, которая не была склонна к сотрудничеству.Турбина Тесла, изобретательная и многообещающая машина, не увенчалась успехом.

В 1912 году Нобелевский комитет объявил, что Никола Тесла и Томас Эдисон были лауреатами премии по физике; вместо этого приз достался Густаву Далену. Детали отмены неясны, но известно, что Tesla отказалась от приза (и 20 000 долларов, которые были с ним). Тесла проводил различие между вдохновляющими первооткрывателями, такими как он сам, и методическими усовершенствованиями, такими как Эдисон; он придавал большее значение первому.Тесла был чистым ученым, а Эдисон – ученым-прикладником, и их нельзя сочетать. Тесла убедили принять медаль Эдисона 1917 года от Американского института инженеров-электриков, но это сделало его незаинтересованность заметной.

Тесла продолжал свою работу по производству электроэнергии, время от времени делая сообщения о прогрессе, которые доходили до прессы. Он упомянул множество открытий, но не сообщил подробностей экспериментов. У него было достаточно денег, чтобы жить, и он всегда оставался оптимистом. Поговаривали, что Тесла изобрел «луч смертельного луча»; он говорил о посылке луча с Земли на темную сторону Луны.Открытие атомной физики заставило Тесла стремиться к космическим возможностям, когда он праздновал то, что он считал достижением человека, близким к достижению «Создателя». Он описал себя как «просто автомат, наделенный способностью двигаться, реагируя на стимулы органов чувств и мышления и действуя соответственно».

Его восхищение человеческим разумом контрастировало с его определением человеческого тела как «мясорубки, реагирующей на внешние силы».

Тесла умер от сердечной недостаточности, забытый человек, 7 января 1943 года, в православное Рождество того года.Агенты Федерального бюро расследований немедленно удалили бумаги из сейфа Теслы, сославшись на соображения безопасности во время войны. Его похороны прошли в Нью-Йорке, а его тело кремировали.

Майкл Фарадей впервые продемонстрировал связь между магнетизмом и электричеством, перемещая магнит внутри катушки с проволокой. Пока магнит двигался относительно катушки, в проводе индуцировался электрический ток; когда магнит был неподвижен, ток прекращался. Далее Фарадей предположил, что возникающие электромагнитные силы распространяются на область вокруг провода.Первый электрогенератор, известный как динамо-машина, применил эти принципы с изогнутым постоянным магнитом, вращающимся внутри проволочной катушки. Каждый раз, когда магнит поворачивался, возникал ток в чередующихся направлениях, в зависимости от того, какой полюс магнита проходил через провод. Все электрические токи, доступные во время этого открытия, были постоянными токами от батарей, изобретенных Алессандро Вольта, поэтому этот переменный ток был изменен на прямой путем добавления коммутатора (переключателя) в конструкцию динамо-машины.

Динамо-машина Gramme, которая так заинтриговала Tesla, улучшилась по сравнению с предыдущими версиями. Он состоял из тридцати катушек, соединенных последовательно с коммутатором на каждом соединении, помещенных во вращающееся намагниченное железное кольцо. Он создавал почти непрерывный постоянный ток с недостатком, который заметил Тесла, – искрами на щетках коммутатора из-за крошечных перебоев в подаче электроэнергии. Динамо-машина была реверсивной; подача электричества на катушки вызывала вращение магнита, который мог быть подключен к шпинделю двигателя.Электрическая сила может быть преобразована в механическую и наоборот.

В двухфазном двигателе два набора катушек расположены перпендикулярно друг другу и окружают сердечник. Когда переменный ток подается на катушки, они становятся электромагнитами, полярность которых быстро меняется с каждым изменением направления тока. Поскольку первые катушки получают ток, они создают магнитное поле, которое запускает вращение сердечника. Когда питание первой катушки меняется на противоположное, вторая катушка находится в точке максимальной мощности и создает собственное магнитное поле; ядро вращается.Фактически, величина «намагничивания» никогда не меняется, и создается вращающееся магнитное поле. В результате получается плавный двигатель без коллекторов с ротором в качестве единственной движущейся части.

Тесла описал свою катушку как «более простое устройство для генерации электрических колебаний» для использования в конструкции высокочастотных машин.

В этом устройстве первичная обмотка трансформатора с несколькими витками провода подключена к выбранному конденсатору (или конденсатору) через искровой разрядник.Когда на конденсатор подается электрический ток, он непрерывно заряжается до точки, в которой достигается выбранное напряжение пробоя промежутка, в результате чего возникает искра. В момент искрения конденсатор и первичная обмотка соединены и образуют колебательный контур.

Поскольку процесс заряда до искры быстро повторяется, пульсации высокой энергии в первичной катушке индуцируют напряжение во вторичной катушке трансформатора, которая имеет много витков меньшего провода. Настройки и регулировки каждого контура управляют частотами колебаний каждого контура, и оптимальная работа достигается, когда частоты колебаний совпадают, т.е.е. резонировать. Затем колебания во второй катушке умножаются, катушка вырабатывает высокое напряжение, и сильные искры испускаются вторичным выводом. Когда это выходное напряжение достигает многих миллионов вольт, могут возникать исключительные разряды, подобные молнии.

Презентация Николы Теслы стала возможной благодаря поддержке The Barra Foundation и Unisys.

Влияние постоянного электрического тока на свойства поверхности клеток фенол-разлагающих бактерий

Abstract

Изменение свойств поверхности клеток в присутствии электрических токов является критическим моментом, когда оценивается возможность манипулирования движением бактерий с помощью электрических полей.В этом исследовании было исследовано влияние различных постоянных электрических токов на свойства клеточной поверхности, участвующие в бактериальной адгезии, с использованием смешанной фенол-разлагающей бактериальной культуры в фазе экспоненциального роста. Исследуемые характеристики включали гидрофобность поверхности (измеряемую по прилипанию к n -октан), суммарный поверхностный электростатический заряд (определяемый измерением дзета-потенциала), а также форму поверхности клетки и полимеры (определяемые анализом с помощью сканирующего электронного микроскопа).Результаты показали, что более низкий ток (менее 20 мА) не вызывает значительных изменений поверхностных свойств фенол-разлагающих бактерий, что электрический ток 20 мА может увеличить гидрофобность поверхности и сделать форму клеток более плоской, и что более высокий ток (40 мА) может увеличить поверхностные внеклеточные вещества и чистый отрицательный поверхностный электростатический заряд. Результаты также показали, что влияние электрического тока на гидрофобность клеток менялось в зависимости от суспендирующей среды.Мы предполагаем, что электрический ток более 20 мА не подходит для использования в управлении движением фенол-разлагающих бактерий, хотя такой ток может способствовать электрофоретическому движению бактерий.

Свойства клеточной поверхности признаны ключевыми факторами, влияющими на адгезию бактерий к поверхностям. Среди критических свойств поверхности – гидрофобность поверхности, внеклеточные полимеры и поверхностный электростатический заряд (1, 9, 18). Гидрофобность клеток обычно объясняется «неприязнью микробных поверхностей к воде» (18).Гидрофобные взаимодействия определяют сильное притяжение между гидрофобными молекулами и поверхностями в воде. В биологических системах гидрофобные взаимодействия являются наиболее сильными дальнодействующими нековалентными взаимодействиями и считаются определяющим фактором микробной адгезии к поверхностям (9, 19). Внеклеточные вещества имеют решающее значение для взаимодействия бактерий с поверхностью и гидрофобности клеток. Внеклеточные полисахариды – важные внеклеточные вещества. Их наличие, качество и состав могут играть важную роль.Известно, что белки и аминокислоты являются гидрофобными компонентами внеклеточных полисахаридов, а полисахариды – более гидрофильными компонентами (8, 18, 19). Чистый поверхностный электростатический заряд, обычно измеряемый дзета-потенциалом на поверхности клетки, определяет электростатическое взаимодействие между бактериальными клетками и поверхностями. Следующие три ионизированные группы были рассмотрены для определения электрических свойств поверхности: фосфатные группы, входящие в состав (липо) тейхоевых кислот, карбоксилат и протонированные аминогруппы белков (3).

Было показано, что постоянный электрический ток можно использовать для управления бактериальным отслоением и перемещением с поверхностей. Электрические манипуляции с бактериями возможны, поскольку бактериальные клетки, как правило, заряжены отрицательно, что определяет их электрофоретическое движение в полях постоянного тока (DC) (6). Ранее было продемонстрировано, что электрический ток 800 мкА может вызвать отделение штаммов бактерий полости рта от кондиционирующей пленки (17). Электрический ток более 40 мА использовался для транспортировки штамма Pseudomonas в тесте биоэлектрокинетической ремедиации (12).

Воздействие постоянного тока на бактериальные клетки изучается в течение нескольких десятилетий, и исследования были сосредоточены в основном на жизнеспособности, метаболизме и транспорте клеток. В частности, исследования жизнеспособности были сосредоточены на использовании импульсного высокого напряжения для инактивации (7, 10). Тем не менее, было мало исследований о влиянии DC на свойства клеточной поверхности, участвующие в прикреплении и движении бактерий. Когда виды бактерий подвергаются воздействию электрического тока или индуцированного поля, на бактериальные клетки возникают стрессы окружающей среды.В то время как бактерии физиологически реагируют на стрессы окружающей среды, свойства поверхности и даже форма клеток меняются (18, 19). Однако неясно, как изменяются свойства поверхности клеток при воздействии электрического тока. Кроме того, внешние токи также влияют на активность и рост бактерий и даже разрушают бактериальные клетки (7). Для манипуляции с бактериями можно использовать только определенный диапазон (так называемое окно) электрического тока или напряженности поля (2, 14). Однако окно постоянного тока, которое способствует отслоению и перемещению бактерий, изучено недостаточно.

Это исследование было проведено для определения влияния постоянного тока на свойства поверхности клеток фенол-деградирующих бактерий в качестве прелюдии к объединению in situ биоремедиации и электрокинетики в почвенной среде, загрязненной фенолом. Электрокинетика – это приложение слабого постоянного тока или потенциала к почве и водоносным горизонтам. Исследуемыми здесь признаками были поверхностная гидрофобность и чистый поверхностный электростатический заряд. Этот анализ был важен, помогая изучить способ использования электрокинетики для управления бактериальными клетками в пористой почвенной среде и понять, как бактериальные клетки прикрепляются или отделяются на недрах почвы.Внеклеточные вещества и форма клеток также были исследованы из-за их существенного влияния на подвижность бактерий в подповерхностном слое (18, 21). Наш интерес к этим признакам был основан на возможности использования DC для транспортировки и смешивания бактериальных инокулянтов для биоаугментации (4, 7, 11, 12, 15).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Бактерии.

В этом исследовании использовалась смешанная культура фенол-разлагающих бактерий. Виды бактерий были выделены методами обогащения из почвы, загрязненной нефтехимическими веществами, с использованием основной минеральной среды с фенолом в качестве единственного источника углерода (обозначенной здесь средой MP).Среда MP (полная концентрация) содержала (на литр деионизированной воды) 3,0 г K 2 HPO 4 , 1,5 г KH 2 PO 4 , 1,25 г (NH 4 ) 2 SO 4 , 10 мг NaCl, 100 мг MgSO 4 , 1,0 мг FeSO 4 · 7H 2 O и 500 мг фенола. PH доводили до 7,0. Все использованные химические вещества были аналитической чистоты.

Бактериальные клетки выращивали в среде MP на шейкере при 30 ° C и 150 об / мин, собирали в фазе экспоненциального роста центрифугированием, дважды промывали стерильной водой и затем ресуспендировали в 0.1 × среда MP или стерилизованная деионизированная вода для получения бактериальных суспензий, имеющих концентрацию приблизительно от 1,2 × 10 9 до 1,5 × 10 9 клеток на мл для тестов. Ожидалось, что бактериальная культура в экспоненциальной фазе будет иметь наибольшую способность противостоять стрессам окружающей среды.

Система тестирования.

Схема экспериментальной установки представлена ​​на рис. Он состоял из реактора, пары электродов, источника питания и магнитной мешалки. Реактор был сконструирован с использованием стеклянного стакана емкостью 250 мл с крышкой из плексигласа; круглое отверстие (диаметр 1.5 см) в середине крышки. Во время периода испытаний отверстие было закрыто мембраной с размером пор 0,45 мкм. Во всех испытаниях с постоянным током использовались графитовые электроды в форме столбцов, чтобы гарантировать, что анод и катод были инертными и инертными, и чтобы минимизировать прямой контакт между бактериями и электродами. Графитовые электроды имели чистоту 99,9%, плотность приблизительно от 1,75 до 1,80 г на см 3 и жесткость 45; они были 0,5 см в диаметре и 10 см в длину.Электроды вводили с промежутком 5,0 см между ними через резиновую заглушку и подключали к источнику постоянного тока. Источник питания (WYK-603; Yangzou Dongfang) мог обеспечить постоянный постоянный ток для теста. Для обеспечения гомогенности бактериальной суспензии во время испытания использовали магнитную мешалку. За исключением источника питания, вся установка была помещена в инкубатор (SHH-200C; Chongqing Huamao), который мог обеспечивать постоянную температуру 30 ° C для испытаний.

Принципиальная схема экспериментального реактора.

Порядок испытаний.

Каждый тест проводился с использованием 175 мл бактериальной суспензии, в которую были погружены электроды длиной около 8 см. Постоянный электрический ток 5, 10, 20 или 40 мА подавали через бактериальную суспензию с электродами в отдельных тестах. Параллельно проводился контрольный тест без подачи тока. Тест проводился в течение 9–12 ч, и каждый час из отверстия для отбора проб получали 3,5 мл бактериальной суспензии для измерения.Все тесты были выполнены в трех экземплярах, а результаты выражены в виде средних значений.

Аналитические методы.

Гидрофобность клеточной поверхности определяли путем измерения прикрепления бактерий к углеводородам, как описано Gannon et al. (9) и модифицировано Sanin et al. (19). n -Октан использовали в качестве углеводородной фазы для теста прикрепления бактерий к углеводороду. Пробирки промывали кислотой и ополаскивали перед использованием. Три миллилитра бактериальной суспензии переносили в пробирку с круглым дном диаметром 10 мм.После определения начальной мутности (оптическая плотность при 600 нм) с помощью спектрофотометра (VIS-7220; Beijing Ruili) добавляли 0,3 мл n -октана. Смесь встряхивали в течение 2 минут, а затем давали отстояться в течение 15 минут при комнатной температуре. Определяли конечную оптическую плотность безоктановой бактериальной суспензии. Результаты выражали в процентах, рассчитанных с использованием следующего соотношения: процент гидрофобности = 100 (1 – конечная оптическая плотность / начальная оптическая плотность).

Чистый поверхностный электростатический заряд бактериальных клеток измеряли с помощью анализатора дзета-потенциала (Zeta Plus; Brookhaven Instrument Co.). Прибор зарегистрировал дзета-потенциал при 20 ° C, но значения были скорректированы с учетом экспериментальной температуры (30 ° C) с учетом того факта, что дзета-потенциал изменяется примерно на 2% на каждый 1 ° C (9). Порцию бактериальной суспензии объемом 0,5 мл разбавляли в 4,5 мл стерилизованной воды (pH 7,0) для получения концентрации примерно 10 8 клеток на мл перед определением дзета-потенциала при 20 ° C.Для каждого образца были выполнены дублирующие анализы.

Анализ с помощью сканирующего электронного микроскопа был выполнен для наблюдения индуцированных изменений формы клеток и внеклеточных полимеров в присутствии электрического тока. Образцы бактерий осторожно промывали фосфатным буферным раствором (pH 7,0) и фиксировали 2,5% глутаровым альдегидом и 1% раствором осмиевой кислоты. Образец обезвоживали, используя последовательные концентрации этанола в диапазоне от 30 до 100% с шагом 20 или 15% с 20-минутной выдержкой на концентрацию, а затем этанол заменяли на изоамиловый эфир ацетата.После обезвоживания образец сушили до критической точки CO 2 . Наконец, образец был покрыт золотом с помощью ионного покрытия в течение 2 мин при приложенном токе 50 мА (IB-3 Ioncoater; Eiko), а затем исследован с помощью сканирующего электронного микроскопа (S-570; Hitachi).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Изменение гидрофобности поверхности.

Изменения гидрофобности поверхности фенол-деградирующих бактерий в присутствии различных ДК показаны на рис. Результаты показали, что гидрофобность увеличивалась после приложения электрического тока в зависимости от величины приложенного электрического тока и суспендирующей среды во время испытаний.

Влияние ДК на гидрофобность клеточной поверхности фенол-деградирующих бактерий в среде 0,1 × MP (а) и деионизированной воде (б). (а) Символы: •, контроль; ×, 5 мА; ⋄, 10 мА; □, 20 мА: ▵, 40 мА. (б) Символы: •, контроль; ⋄, 10 мА; ▵, 40 мА.

Концентрированная бактериальная культура в экспоненциальной фазе была суспендирована в среде 0,1 × MP и деионизированной воде, и наблюдали среднюю гидрофобность -10,8 и -4,0%, соответственно. Отрицательная гидрофобность указывает на то, что поверхности бактерий, разлагающих фенол, были гидрофильными в начале теста и были более гидрофильными в среде MP, чем в деионизированной воде.

При приложении электрического тока 5 и 10 мА к бактериальной суспензии в среде 0,1 × MP не наблюдалось значительных изменений гидрофобности по сравнению с контрольным тестом, в котором не подавался электрический ток, несмотря на небольшое увеличение с колебаниями. . Однако при приложении электрического тока 20 и 40 мА гидрофобность поверхности резко увеличивалась до 7,7 и 15,3% соответственно, а максимальные значения гидрофобности 9,0 и 21,5%, соответственно, наблюдались в течение периода испытаний (9 ч).При электрическом токе 20 или 40 мА отрицательная гидрофобность изменилась на положительную гидрофобность примерно через 5 и 3 ч, что указывает на то, что гидрофильная поверхность изменилась на гидрофобную поверхность. Результаты показали, что более высокие электрические токи могут значительно увеличить гидрофобность поверхности бактериальных клеток и, таким образом, способствовать прикреплению бактерий к поверхностям.

Для бактериальной культуры, суспендированной в деионизированной воде, подобное увеличение поверхностной гидрофобности наблюдалось при приложении электрического тока, но индуцированное изменение не было таким значительным, как изменение, наблюдаемое для бактериальной суспензии в среде MP.В контрольном тесте бактериальная культура в деионизированной воде показала небольшое снижение гидрофобности поверхности с -4 до -6%. При подаче электрического тока 10 мА гидрофобность уменьшалась (с колебаниями) до -6%, а затем слегка увеличивалась до -2%. Однако, когда был приложен более высокий электрический ток (40 мА), гидрофобность поверхности бактериальных клеток в деионизированной воде резко упала примерно до -7%, а затем стабильно увеличилась примерно до 5% в течение 9-часового теста.

Изменение электростатического заряда чистой поверхности.

Чистый поверхностный электростатический заряд был определен в этом исследовании путем измерения дзета-потенциала бактериальной культуры. На рисунке показано изменение дзета-потенциала бактериальной суспензии в деионизированной воде в присутствии различных DC.

Влияние постоянного тока на дзета-потенциал фенол-разлагающих бактерий, взвешенных в деионизированной воде. Символы: •, контроль; ×, 10 мА; □, 20 мА; ▵, 40 мА.

Мы обнаружили, что поверхности клеток фенол-разлагающих бактерий в деионизированной воде имели суммарный отрицательный заряд, который находился в диапазоне от -22 до -26 мВ при отсутствии электрического тока.Когда был приложен электрический ток 10 мА, поверхностный заряд все еще находился в этом диапазоне, в то время как в присутствии электрического тока 20 мА чистый отрицательный поверхностный заряд слегка увеличивался с -24 до -28 мВ. Однако, когда был приложен более высокий электрический ток (40 мА), отрицательный поверхностный заряд резко увеличился с -25 до примерно -32 мВ в течение 11-часового испытания. Результаты показали, что только более высокий электрический ток может увеличить отрицательный поверхностный электростатический заряд бактерий, разлагающих фенол.

Изменение формы клеток и внеклеточных веществ.

Разлагающие фенол бактерии в деионизированной воде подвергались воздействию электрического тока в течение 12 часов, а затем исследовались с помощью сканирующей электронной микроскопии. Изменение формы бактериальных клеток при наличии различных электрических токов показано на рис.

Электронные микрофотографии фенол-разлагающих бактерий, не подвергавшихся воздействию постоянного тока (а) или постоянного тока 10 мА (б), 20 мА (в) или 40 мА (г) в течение 12 часов.

Микрофотографии показывают, что бактерии, разлагающие фенол, протестированные в этом исследовании, были в основном короткими палочками размером 1 на 0.4 мкм; меньшинство клеток составляли палочки и кокки. Когда электрический ток не подавался, бактерии имели нормальную форму, несмотря на голодание из-за отсутствия питательных веществ для роста в течение периода испытаний. Когда к бактериальной суспензии прикладывали электрический ток 10 мА, большинство бактерий имело такую ​​же нормальную форму, как и бактерии в контрольном тесте, за исключением того, что меньшая часть кокковидных палочковидных бактерий имела вогнутые области на своей поверхности. Когда был приложен электрический ток 20 мА, большинство тестируемых видов бактерий были вогнутыми и даже уплощенными, а некоторые кокки или кокковидные палочковидные бактерии, в частности, имели шероховатость из-за присутствия экссудатов на поверхности клеток.Что еще более серьезно, когда к бактериальной суспензии применялся более высокий электрический ток (40 мА), у большинства бактерий, в том числе у некоторых палочковидных видов, появлялось значительное количество экссудата на своей поверхности в течение 12-часового периода, за счет чего бактерии слиплись и слиплись. Эти результаты показали, что расщепляющая фенол бактериальная культура могла противостоять электрическому току менее 20 мА, когда она была суспендирована в деионизированной воде, и что электрический ток более 20 мА мог изменить форму бактерий и даже разрушить бактериальные клетки.

ОБСУЖДЕНИЕ

Механизмы влияния постоянного тока на свойства поверхности клеток.

Когда электрический ток применяется к бактериальной суспензии с погруженными электродами, электролиз на электродах может генерировать различные химические окислители, в зависимости от присутствия кислорода и сосуществующих ионов, таких как ионы хлора (5, 7, 13). Такие окислители ответственны за большую часть инактивации и смертельного исхода применяемого постоянного тока. Этот механизм может происходить с бактериями в среде MP из-за присутствия сосуществующих ионов в растворе.Окислительный стресс и приложенный электрический ток могут синергетически способствовать значительному изменению гидрофобности суспендированных бактерий в среде MP.

Для видов бактерий в деионизированной воде рост бактерий и влияние на гидрофобность можно свести к минимуму из-за дефицита питательных веществ, содержащих углерод и азот. Более того, сосуществующие ионы, способные проводить электрический ток, были удалены в деионизированной воде, и, таким образом, виды бактерий были единственными переносчиками электрического тока, применяемого во время периода испытаний.Следовательно, любые изменения гидрофобности можно обоснованно отнести к приложенному электрическому току.

Электрический ток может влиять на ориентацию мембранных липидов и, следовательно, на жизнеспособность клеток. Сильный электрический ток может вызвать необратимую проницаемость клеточной мембраны и даже может напрямую окислять клеточные компоненты (7, 16, 20). Для бактериальной культуры в деионизированной воде воздействие тока на клетки могло происходить в основном таким образом, что только более высокий электрический ток (40 мА) вызывал значительное изменение свойств поверхности и формы клеток.Присутствие экссудата на поверхности клеток указывает на то, что необратимая проницаемость клеточных веществ может происходить из-за воздействия более высоких токов. Результаты биоэлектрокинетического теста также показали, что инактивация бактерий может происходить при взаимодействии с поверхностями электродов, что приводит к деградации клеточной стенки или мембраны в результате окисления или восстановления (10).

Взаимосвязь между изменением свойств поверхности клетки и электрокинетическим движением.

Влияние электрического тока на свойства поверхности клеток имеет решающее значение, когда рабочие оценивают возможность инъекции и транспортировки бактериальной культуры с помощью электрических полей с целью биоаугментации.Это исследование было разработано для оценки влияния постоянного тока на свойства поверхности клеток бактерий в жидкостях. Он не фокусировался на движении бактерий под поверхностью, но можно было ожидать, что индуцированное изменение свойств поверхности и формы клеток будет способствовать электрокинетическому перемещению видов бактерий под поверхностью (6, 9).

Настоящее исследование показало, что слабый электрический ток не вызывает значительных изменений свойств клеточной поверхности фенол-деградирующих бактерий.Однако воздействие постоянного тока более 20 мА может вызвать повышение гидрофобности поверхности, уплощение клеток и присутствие экссудата на поверхности клеток. Такие изменения могут стимулировать прикрепление бактерий, разлагающих фенол, к твердым поверхностям и, таким образом, уменьшать степень переноса. Биоэлектрокинетическое исследование почвенного навоза подтвердило этот вывод, поскольку оно продемонстрировало, что бактерии имеют тенденцию образовывать биопленки на твердых поверхностях при воздействии электрического тока 20 мА на расстоянии 2 см (10).Образование биопленки может защитить клетки от воздействия тока, проходящего через их стенки и мембраны, и в то же время препятствовать перемещению бактерий.

С другой стороны, измерения дзета-потенциала показали, что поверхность клетки заряжалась более отрицательно, когда клетки подвергались более высокому постоянному току, на что указывает резкое увеличение отрицательного дзета-потенциала после воздействия электрического тока 40 мА. Это должно способствовать отделению бактерий от отрицательно заряженных частиц почвы и электрофоретическому движению в недрах (11, 12, 15).Однако, учитывая вредное воздействие, описанное выше, ток более 20 мА, по-видимому, не подходит для практических применений для инъекции и транспортировки разлагающих фенол бактерий с целью биоаугментации. Для определения конкретных характеристик поверхности и диапазона постоянного тока, которые позволяют бактериям переноситься через почвы и водоносные горизонты, необходима дополнительная работа по распространению этих исследований на почвенные матрицы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ahn, I.S., and C.Х. Ли. 2003. Кинетические исследования прикрепления и отделения микробных клеток от почвы. Environ. Technol. 24 : 411-418. [PubMed] [Google Scholar]

2. Альшавабке, А. Н. и К. Майллачеруву. 2001. Электрохимические и биогеохимические взаимодействия в постоянном электрическом поле, с. 73-90. В Дж. А. Смит и С. Э. Бернс (ред.), Физико-химическая очистка подземных вод. Kluwer Academic / Plenum Publishers, Нью-Йорк, Нью-Йорк,

3. Boonaert, C.J.P. и P.Ж. Руше. 2000. Поверхность молочнокислых бактерий: взаимосвязь между химическим составом и физико-химическими свойствами. Прил. Environ. Microbiol. 66 : 2548-2554. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 4. Chilingar, G. V., and W. W. Loo. 1997. Электробиоремедиация почв, загрязненных углеводородами и металлами: отчет о проделанной работе. Источники энергии 19 : 129-146. [Google Scholar] 5. Дэвис, К. П., М. Э. Шертлифф, Н. М. Трифф, С. Л. Хоскинс и М.М. Уоррен. 1994. Количественная оценка, квалификация и эффективность уничтожения микробов антимикробных веществ на основе хлора, полученных с помощью ионтофореза. Противомикробный. Агенты Chemother. 38 : 2768-2774. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 6. DeFlaun, M. F., and C. W. Condee. 1997. Электрокинетический транспорт бактерий. J. Hazard. Матер. 55 : 263-277. [Google Scholar] 7. Дриса, К. П., М. Аббасзадеган и Р. М. Майера. 2003. Сравнительная электрохимическая инактивация бактерий и бактериофагов.Water Res. 37 : 2291-2300. [PubMed] [Google Scholar] 8. Dufrene, Y.F., and P.G. Rouxhet. 1996. Состав поверхности, свойства поверхности и адгезия Azospirillum brasilense – изменение в процессе роста. Жестяная банка. J. Microbiol. 42 : 548-556. [Google Scholar] 9. Гэннон, Дж. Т., В. Б. Манилал и М. Александер. 1991. Взаимосвязь между свойствами клеточной поверхности и переносом бактерий через почву. Прил. Environ. Microbiol. 57 : 190-193.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10. Джекман, С. А., Дж. Майни, А. К. Шарман и К. Дж. Ноулз. 1999. Влияние постоянного электрического тока на жизнеспособность и метаболизм ацидофильных бактерий. Enzyme Microb. Technol. 24 : 316-324. [Google Scholar] 11. Джекман, С. А., Дж. Майни, А. К. Шарман, Г. Сандерленд и К. Дж. Ноулз. 2001. Электрокинетическое движение и биодеградация 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты в иловой почве. Biotechnol. Bioeng. 74 : 40-48.[PubMed] [Google Scholar] 12. Ли, Х. С. и К. Ли. 2001. Биовосстановление загрязненной дизельным топливом почвы бактериальными клетками, переносимыми электрокинетиками. J. Microbiol. Biotechnol. 11 : 1038-1045. [Google Scholar] 13. Лю В. К., М. Р. У. Браун и Т. С. Дж. Эллиот. 1997. Механизмы бактерицидного действия электрического тока малой силы тока (постоянного тока). J. Antimicrob. Chemother. 39 : 687-695. [PubMed] [Google Scholar] 14. Майллачеруву К. и А.Н. Альшавабке. 2000. Анаэробная микробная активность в электрических полях, с. 69-79. В W. D. Tedder и F. G. Pohland (ред.), Новые технологии в управлении опасными отходами, vol. 8. Kluwer Academic / Plenum Publishers, Нью-Йорк, Нью-Йорк [Google Scholar]

15. Маркс, Р. Э., Я. Б. Акар, Р. Дж. Гейл и О. А. Элиф. 2000. Восстановление загрязненных почв на месте с помощью биоэлектрокинетической ремедиации и других конкурентоспособных технологий, с. 579-605. В Д.Л. Уайз, Д. Дж. Трантоло и Э. Дж. Чишон (ред.), Биоремедиация загрязненных почв. Marcel Dekker Inc., Нью-Йорк, Нью-Йорк,

16. Мацунага, Т., С. Накасоно, Т. Такамуку, Дж. Г. Берджесс, Н. Накамура и К. Соде. 1992. Обеззараживание питьевой воды с использованием нового электрохимического реактора с электродами из углеродной ткани. Прил. Environ. Microbiol. 58 : 686-689. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 17. Поортинга, А.Т., Дж. Смит, Х. К. ван дер Мей и Х.Дж. Бюшер. 2001. Десорбция бактерий, вызванная электрическим полем, с субстрата, покрытого кондиционирующей пленкой. Biotechnol. Bioeng. 76 : 395-399. [PubMed] [Google Scholar] 18. Санин, С. Л. 2003. Влияние голодания на реанимационные мероприятия и поверхностные характеристики бактерий. J. Environ. Sci. Здоровье А 38 : 1517-1528. [PubMed] [Google Scholar] 19. Санин, С. Л., Санин Ф. Д., Брайерс Дж. Д. 2003. Влияние голодания на адгезионные свойства бактерий, разлагающих ксенобиотики.Process Biochem. 38 : 909-914. [Google Scholar] 20. Weaver, J. C., and Y. A. Chizmadzhev. 1996. Теория электропорации: обзор. Биоэлектрохим. Биоэнерг. 41 : 135-160. [Google Scholar] 21. Вайс, Т. Х., А. Л. Миллс, Г. М. Хорнбергер и Дж. С. Герман. 1995. Влияние формы бактериальных клеток на транспорт бактерий в пористой среде. Environ. Sci. Technol. 29 : 1737-1740. [PubMed] [Google Scholar]

Что такое напряжение? | Fluke

Напряжение – это давление от источника питания электрической цепи, которое проталкивает заряженные электроны (ток) через проводящую петлю, позволяя им выполнять такую ​​работу, как включение света.

Короче говоря, напряжение = давление , и оно измеряется в вольт (В). Этим термином признан итальянский физик Алессандро Вольта (1745-1827), изобретатель гальванической батареи – предшественника современной бытовой батареи.

На заре развития электричества напряжение было известно как электродвижущая сила (ЭДС). Вот почему в уравнениях, таких как закон Ома, напряжение представлено символом E .

Пример напряжения в простой цепи постоянного тока (DC):

  1. В этой цепи постоянного тока переключатель замкнут (включен).
  2. Напряжение в источнике питания – «разность потенциалов» между двумя полюсами батареи – активируется, создавая давление, которое заставляет электроны течь в виде тока через отрицательную клемму батареи.
  3. Ток достигает света, заставляя его светиться.
  4. Ток возвращается к источнику питания.

Напряжение – это либо напряжение переменного тока (ac) , либо напряжение постоянного тока (dc) . Способы, которыми они различаются:

Напряжение переменного тока (представленное на цифровом мультиметре символом):

  • Течение равномерно волнообразными волнами, как показано ниже:
  • Меняет направление на равные.
  • Обычно производятся коммунальными предприятиями через генераторы , в которых механическая энергия – вращательное движение, приводимое в движение проточной водой, паром, ветром или теплом – преобразуется в электрическую энергию.
  • Чаще, чем напряжение постоянного тока. Коммунальные предприятия поставляют переменное напряжение в дома и на предприятия, где большинство устройств используют переменное напряжение.
  • Источники первичного напряжения зависят от страны. В США, например, 120 вольт.
  • Некоторые бытовые устройства, например телевизоры и компьютеры, используют питание постоянного тока.Они используют выпрямители (например, этот толстый блок в шнуре портативного компьютера) для преобразования переменного напряжения и тока в постоянный.
Генераторы преобразуют вращательное движение в электричество. Вращательное движение обычно вызывается текущей водой (гидроэлектростанция) или паром из воды, нагретой газом, нефтью, углем или ядерной энергией.

Напряжение постоянного тока (обозначено на цифровом мультиметре значком и):

  • Перемещается по прямой линии и только в одном направлении.
  • Обычно производится из источников накопленной энергии, таких как батареи .
  • Источники постоянного напряжения имеют положительную и отрицательную клеммы. Клеммы устанавливают полярность в цепи, и полярность может использоваться, чтобы определить, является ли цепь постоянным или переменным током.
  • Обычно используется в портативном оборудовании с батарейным питанием (автомобили, фонарики, фотоаппараты).

Какая разница потенциалов?

Напряжение и термин «разность потенциалов» часто используются как синонимы. Разницу потенциалов можно было бы лучше определить как разность потенциальной энергии между двумя точками в цепи.Величина разницы (выраженная в вольтах) определяет, сколько существует потенциальной энергии для перемещения электронов из одной конкретной точки в другую. Количество определяет, сколько работы потенциально может быть выполнено через схему.

Бытовая щелочная батарея AA, например, имеет напряжение 1,5 В. Обычные бытовые электрические розетки имеют напряжение 120 В. Чем больше напряжение в цепи, тем выше ее способность «выталкивать» больше электронов и выполнять работу.

Напряжение / разность потенциалов можно сравнить с водой, хранящейся в резервуаре.Чем больше резервуар и чем больше его высота (и, следовательно, его потенциальная скорость), тем больше способность воды создавать удар, когда клапан открывается и вода (как электроны) может течь.

Почему полезно измерение напряжения

Технические специалисты подходят к большинству ситуаций устранения неисправностей, зная, как обычно должна работать схема.

Цепи используются для передачи энергии нагрузке – от небольшого устройства до бытовой техники и промышленного двигателя. Нагрузки часто имеют паспортную табличку, на которой указаны их стандартные электрические эталонные значения, включая напряжение и ток.Вместо паспортной таблички некоторые производители предоставляют подробную схему (техническую схему) схемы нагрузки. Руководства могут включать стандартные значения.

Эти числа говорят технику, какие показания следует ожидать при нормальной работе нагрузки. Показания цифрового мультиметра позволяют объективно определить отклонения от нормы. Даже в этом случае технический специалист должен использовать знания и опыт, чтобы определить факторы, вызывающие такие отклонения.

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра , автор Glen A.Мазур, американское техническое издательство.

Сколько электроэнергии можно сэкономить, используя цепи постоянного тока в домах? Понимание потенциала экономии электроэнергии и оценка осуществимости перехода к зданиям с питанием от постоянного тока

Достижения в области силовой электроники на основе полупроводников и рост нагрузки постоянного тока в зданиях заставили исследователей пересмотреть вопрос о том, следует ли в зданиях подключать электрические цепи постоянного тока, чтобы уменьшить преобразование мощности и облегчить переход к эффективным приборам постоянного тока.Выполнимость, экономия энергии и экономичность таких систем были оценены и доказаны в центрах обработки данных и коммерческих зданиях, но результаты все еще остаются неопределенными для жилого сектора.

В этой работе мы оцениваем техническую и экономическую осуществимость цепей постоянного тока, используя данные для 120 домов переменного тока с традиционной проводкой в ​​Остине, штат Техас, чтобы понять влияние сильно изменчивых профилей спроса на жилые дома с питанием от постоянного тока, используя использование на уровне бытовой техники и данные о производстве солнечной энергии и выполнение моделирования методом Монте-Карло для количественной оценки затрат и выгод.

Результаты показывают экономию энергии на объекте от 9% до 20%, когда солнечные фотоэлектрические элементы распределяются по всей бытовой технике. Если учесть аккумуляторы для избыточной солнечной энергии, эта экономия возрастет до 14–25%. При нынешних ценах на оборудование постоянного тока перевод всего оборудования на постоянный ток приводит к тому, что приведенные годовые затраты на электроэнергию для домовладельцев увеличиваются примерно вдвое. Однако за счет преобразования только домашних конденсаторно-конденсаторных агрегатов кондиционирования воздуха на постоянный ток значительно снижаются затраты на прямой постоянный ток и достигается экономия энергии в домашних условиях на 7–16%.

Помимо количественной оценки экономии, мы находим основные нетехнические препятствия на пути внедрения прямого постоянного тока в домах. К ним относятся отсутствие стандартов для таких систем, относительно небольшой рынок устройств и компонентов постоянного тока, служебные программы, предназначенные для питания переменного тока, и персонал, незнакомый с постоянным током. Опыт работы с постоянным током растет в других секторах, и со временем он будет передан более широкой аудитории инженеров, электриков и инспекторов строительства, чтобы убедиться, что не только сами системы безопасны, но и чтобы имидж цепей постоянного тока стал менее посторонним. со временем.Постоянный ток вполне может иметь место в жилом секторе, и исследования и разработки должны продолжить изучение других потенциальных преимуществ, которые могут стать более вескими аргументами в пользу более широкого перехода к тому, что сейчас кажется многообещающей технологией.

Обработка постоянным электрическим током в физиологических условиях солевого раствора убивает биопленки Staphylococcus epidermidis посредством электролитического образования хлорноватистой кислоты

Abstract

Целью этого исследования было изучить механизм, с помощью которого постоянный электрический ток снижает жизнеспособность биопленок Staphylococcus epidermidis в сочетании с ципрофлоксацином в физиологических условиях солевого раствора, приближенных к таковым в инфицированном искусственном суставе.Биопленки, выращенные в биопленочных реакторах CDC, подвергали действию тока в течение 24 часов в триптическом соевом бульоне крепостью 1/10 th , содержащем 9 г / л общего NaCl. Дозозависимые логарифмические сокращения до 6,7 log 10 КОЕ / см 2 наблюдались при приложении постоянного тока на всех четырех уровнях (0,7–1,8 мА / см 2 ) как в присутствии, так и в отсутствие ципрофлоксацина. Не было значительных различий в логарифмических сокращениях для лунок с ципрофлоксацином по сравнению с лунками без таких же текущих уровней.Когда текущие воздействия повторялись без биопленки или органических веществ в среде, было измерено значительное образование свободного хлора. Было показано, что дозы свободного хлора, эквивалентные 24-часовой конечной концентрации для каждого текущего уровня, имитируют убийство, достигаемое текущим применением. Воздействие тока (1,8 мА / см 2 ) в среде без хлорида и с добавлением сульфата, нитрата или фосфата в качестве альтернативных электролитов привело к уменьшению потерь на 3, 2 и 0 log соответственно.Постоянный ток также убивал биопленок Pseudomonas aeruginosa , когда присутствовал NaCl. Вместе эти результаты показывают, что реакции электролиза с образованием хлорноватистой кислоты из хлорида, вероятно, являются основным фактором эффективности применения постоянного тока. Таким образом, физиологически релевантная концентрация NaCl является критическим параметром в дизайне эксперимента, если постоянный ток должен быть исследован для in vivo медицинских приложений.

Образец цитирования: Sandvik EL, McLeod BR, Parker AE, Stewart PS (2013) Обработка постоянным электрическим током в физиологических условиях солевого раствора убивает Staphylococcus epidermidis биопленок посредством электролитического образования хлорноватистой кислоты.PLoS ONE 8 (2): e55118. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0055118

Редактор: Майкл Отто, Национальные институты здоровья, Соединенные Штаты Америки

Поступила: 27.08.2012; Дата принятия: 19 декабря 2012 г .; Опубликован: 4 февраля 2013 г.

Авторские права: © Sandvik et al., 2013. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Эта работа была поддержана Инженерным колледжем государственного университета Монтаны, Peter Ewing Capital Management LLC, Исследовательским институтом Аллегени-Зингера и Соглашением о гранте № 08-03 Совета штата Монтана по исследованиям и коммерциализации технологий. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Обратите внимание, что эта работа была частично поддержана финансированием, предоставленным Peter Ewing Capital Management LLC.Это не влияет на соблюдение авторами всех политик PLOS ONE в отношении обмена данными и материалами.

Введение

Лечение инфекций, связанных с медицинскими имплантатами, является сложной задачей. В статье The New England Journal of Medicine за 2004 год сообщается, что из 600 000 протезов суставов, ежегодно имплантируемых в США, примерно у 12 000 разовьются инфекции [1]. Наиболее частыми виновниками этих инфекций являются виды стафилококков [2] – [7], составляющие более 80% инфекций, связанных с медицинскими устройствами [6], [7].При оценке наиболее частых возбудителей ортопедических инфекций в 2011 году Staphylococcus epidermidis были определены как наиболее распространенные виды бактерий при артропротезах коленного и тазобедренного суставов, встречающиеся в половине задокументированных инфекций, за которыми следует Staphylococcus aureus (около 20%). случаев) и Pseudomonas aeruginosa (около 10% и 4% случаев соответственно) [7], подтверждая сообщения о коагулазонегативном Staphylococcus как все более узнаваемом или появляющемся патогене при инфекциях, связанных с медицинскими устройствами [7] , [8].Эти инфекции особенно устойчивы, когда бактерии образуют защитный матрикс и устанавливают в виде биопленок [9], бактериальный способ роста, который, как известно, значительно более устойчив к антимикробным агентам по сравнению с планктонными культурами того же организма. В то время как длительная противомикробная терапия с применением нескольких антибиотиков может быть эффективной в некоторых случаях [2], [3], [5], при неэффективности лечения может потребоваться удаление и замена устройства в ходе одно- или двухэтапного хирургического процесса, сопровождаемого обширным хирургическим вмешательством. курс антибиотиков [3] и ориентировочная средняя стоимость медикаментозного и хирургического лечения 30 000 долларов США [1].С этими последствиями желательна разработка новых стратегий лечения.

Одна из предлагаемых стратегий – использование постоянного тока для улучшения или замены существующих схем лечения антибиотиками. Отчеты о влиянии постоянного тока различаются. Было продемонстрировано, что постоянный ток убивает планктонные бактерии в статических и проточных системах [10] – [12] с эффектами, зависящими от материала электродов и состава среды. В статье 1992 года использовался постоянный ток в сочетании с промышленными биоцидами для борьбы с бактериальными биопленками и сообщалось, что ток усиливает активность некоторых агентов [13].В исследовании сообщалось, что только постоянный ток практически не влияет на выживаемость биопленок Pseudomonas aeruginosa ; однако было показано, что комбинация постоянного тока и биоцида значительно увеличивает убивающую эффективность катона, глутаральдейда и четвертичного аммониевого соединения. Последующие исследования изучали использование электрического тока с антибиотиками [14] – [22]. Было высказано предположение, что это синергетическое явление, называемое биоэлектрическим эффектом, можно оптимизировать для усиления лечения антибиотиками устойчивых инфекций биопленок, когда лечение антибиотиками было минимально эффективным.Синергия между антимикробным препаратом и током, имеющая центральное значение для биоэлектрического эффекта, была воспроизведена в некоторых многочисленных исследованиях [14] – [22], с некоторыми описанными условиями с убивающим эффектом только тока [14], [19] – [22], и другие пришли к выводу, что только ток оказывает незначительное влияние или не имеет никакого эффекта [13] – [15], [17], [18]. Предложенные механизмы этого эффекта включали усиление электрофоретического транспорта антимикробных препаратов через матрицу биопленок [13] – [15], [18], электропорацию, увеличивающую поглощение антимикробных препаратов [13], [14], производство газов, таких как кислород, которые увеличивают метаболизм и метаболизм. антимикробная активность [17], [20] и образование продуктов электролиза, включая хлор [23], [24], перекись водорода [24], а также те, которые влияют на pH [23], [25].В других исследованиях сообщается, что постоянный ток влияет на прилипание бактерий или стимулирует отделение биопленки от проводящих поверхностей [23], [26] – [29]. Когда внешние электрические поля были приложены с изолированными электродами (т. Е. При отсутствии тока), не наблюдалось усиленного уничтожения бактерий антибиотиками [19] или модификации бактериальной адгезии [30].

Одной из примечательных особенностей почти всех исследований in vitro по биоэлектрическому эффекту с антибиотиками было отсутствие хлорида в среде во время воздействия электрического тока [13], [14], [16] – [20], [ 25] – [29].Это было сделано намеренно, чтобы предотвратить электролитическое образование хлора. In vivo , однако, много хлоридов, и это упущение не имеет значения. Целью работы, описанной в этой статье, было исследование влияния постоянного электрического тока на зрелую бактериальную биопленку в условиях физиологического раствора и разбавленного питательного раствора, приближенных к условиям in vivo , таким как те, которые обнаруживаются в искусственном суставе. В качестве модельного организма мы выбрали S.epidermidis , но мы также представляем данные для грамотрицательных P. aeruginosa . Сначала мы попытались определить, влияет ли воздействие электрического тока на бактериальную биопленку в присутствии хлорида и может ли наблюдаться синергизм между током и антибиотиком в этой среде. Во-вторых, если электрический ток воздействовал на биопленку в присутствии хлорида, мы попытались установить, можно ли объяснить этот эффект электролитическим образованием хлорноватистой кислоты.

Методы

Рост биопленки

Биопленочный реактор CDC (Biosurface Technologies Corp., Bozeman, MT, модель CBR90-1DS) предназначен для выращивания воспроизводимой биопленки на поликарбонатных дисках (так называемых купонах) в среде с высоким сдвигом. Реактор представляет собой стеклянный стакан объемом один литр с боковым выпускным отверстием на приблизительно 400 мл для отвода сточных вод под действием силы тяжести. Восемь полистирольных стержней, каждый из которых удерживает три поликарбонатных купона диаметром 1,27 см, вставляются через крышку, подвешивая купоны в основной жидкости реактора.Магнитная мешалка с перегородками в центре реактора обеспечивает перемешивание, а также равномерный сдвиг жидкости для каждого образца. Во время работы в непрерывном потоке используется перистальтический насос для закачки свежей среды в реактор через впускной канал в крышке. Находящийся на линии разрыв стекол во входящей линии подачи предотвращает обратное загрязнение бутыли с кормом. Второй порт в крышке прикреплен к вентиляционному отверстию для бактерий для газообмена. Всего в реакторе имеется 24 купона для отбора проб.

биопленок выращивали на поликарбонатных купонах в реакторе CDC Biofilm Reactor с использованием стандартного протокола роста для каждого организма. Протокол роста S. epidermidis аналогичен ASTM E2562-07 «Стандартный метод количественного определения биопленки Pseudomonas aeruginosa , выращенной с высоким сдвигом и непрерывным потоком с использованием биопленочного реактора CDC» [31], но был адаптирован для основных исследуемый организм, S. epidermidis RP62A (АТСС № 35984): стерилизованный реактор, содержащий 450 мл полной концентрации (30 г / л) TSB (триптический соевый бульон, среда для переваривания соевых бобов и казеина, Difco) с зажатой трубкой для сточных вод. инокулированный из замороженного запаса S.Epidermidis . Реактор помещали на пластину с магнитной мешалкой в ​​инкубатор при 37 ° C и работали периодически при перемешивании со скоростью 125 об / мин в течение 24 часов. Через 24 часа начинали непрерывную подачу стерильного TSB с крепостью 1/10 th при времени пребывания в реакторе 30 минут и сливе перелива в емкость для отходов под действием силы тяжести. Непрерывный поток протекал в течение 16 часов, по истечении которых купоны, покрытые биопленкой, были готовы для использования в протоколах экспериментов. Следует отметить, что две стороны купона (обращенные внутрь к перегородке мешалки и наружу к стеклу) испытывают разное напряжение сдвига, которое является критическим фактором роста биопленки.Для всех экспериментов внутренняя поверхность купона определялась как поверхность образца. В конце протокола роста (непосредственно перед лечением) купоны имели среднюю LD 8,46 log 10 (КОЕ / см 2 ) с SD повторяемости 0,34 log 10 (КОЕ / см 2 ) более 25 экспериментов с 30% погрешностью из-за разных источников экспериментов (метод выборки приводится ниже).

Биопленки P. aeruginosa ERC-1 (ATCC # 70088) также выращивали в реакторе CDC по аналогичному протоколу.Средние концентрации, температура и время были такими же, как и в стандартном методе ASTM E2562-07, и отличались от протокола роста S. epidermidis следующим образом: периодическая фаза работала в течение 24 часов с 1/100 th . крепость (0,3 г / л) TSB при комнатной температуре. Непрерывный поток работал в течение 24 часов с TSB с концентрацией 1/300 th (0,1 г / л) при комнатной температуре. В конце протокола роста (незадолго до лечения) средняя LD = 8 купонов.08 log 10 (КОЕ / см 2 ) со стандартным отклонением повторяемости 0,25 log 10 (КОЕ / см 2 ) более 28 экспериментов с 96% погрешностью из-за различных источников экспериментов (метод выборки приводится ниже).

Воздействие постоянного тока и / или антибиотиков

Обработки проводились в небольших закрытых колодцах, спроектированных в Центре биопленочной инженерии, описанном ранее [19]. Внутренние размеры были 7,1 см в длину, 1,6 см в ширину и 3,4 см в высоту (рис. 1). Крышка была покрыта резиновым покрытием для предотвращения загрязнения.Двадцать четыре платиновых электрода, длиной 3,8 см, проталкивали через крышку на противоположных концах лунок и выдвигали на 2,5 см от крышки в лунку для обработки. Анод был подключен к положительной клемме источника питания, а катод – к отрицательной. Небольшая полоска резиновой пленки толщиной 3 мм на дне лунки на расстоянии 4,0 см от катода свободно удерживала купоны на месте, так что положения трех купонов были одинаковыми во всех экспериментах. Каждая скважина имела отдельную схему со встроенным амперметром и регулятором тока (Wavelength Electronics, No.LDD200-1M) на блоке питания, вырабатывающем постоянный ток. Контроллеры тока поддерживали постоянный уровень тока, в то время как напряжение слегка колебалось при изменении резистивных нагрузок на каждой скважине.

Рисунок 1. Обработка скважины из поликарбоната.

Кусок резиновой пленки на дне лунки удерживал покрытые биопленкой купоны в одном и том же положении (помечены 1–3) для каждого эксперимента. Платиновые электроды вставляли через крышку на противоположных концах лунки и подавали ток по длине.Анод был подключен к положительной клемме источника питания, а катод – к отрицательной.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0055118.g001

После выращивания купоны, покрытые биопленкой, в асептических условиях удаляли со стержней реактора CDC, погружая в 10 мл стерильной буферной воды для разбавления (42,2 мг KH ( из реактора CDC) лицевой стороной вверх в скважину.В каждую лунку осторожно добавляли 20 мл стерильного лечебного раствора (с антибиотиком по показаниям). Постоянный ток подавался по длине скважины.

Staphylococcus epidermidis обработок проводили в течение 24 часов при 37 ° C. Раствор для обработки представлял собой TSB с концентрацией 1/10 с 9 г / л общего NaCl (с учетом соли в TSB) с 2,5 мкг / мл ципрофлоксацина (Sigma-Aldrich) по показаниям. Эта концентрация ципрофлоксацина приблизительно в 40 раз превышала минимальную ингибирующую концентрацию (MIC), определенную для аэробной планктонной культуры бактерий (данные не показаны).Уровни постоянного тока 2,0, 3,0, 4,0 и 5,0 мА подавались через скважины с эффективной плотностью тока 0,7, 1,1, 1,4 и 1,8 мА / см 2 , соответственно (исходя из минимальной площади поперечного сечения жидкость в лечебном колодце при наличии талонов). Эксперименты проводили в параллельных лунках с ципрофлоксацином и без него на каждом текущем уровне. Контрольные лунки без тока, с ципрофлоксацином и без него запускали в каждом эксперименте. Когда был исследован один уровень тока, это привело к четырем параллельным лункам, соответствующим четырем уровням обработки: (1) контрольная без ципрофлоксацина и без тока, (2) лунка с ципрофлоксацином, но без тока, (3) лунка с текущим током. но без ципрофлоксацина и (4) лунка с ципрофлоксацином и током.В некоторых экспериментах применялись два уровня тока для шести параллельных скважин для обработки. Три купона были отобраны из открытых лунок, когда был изучен только один текущий уровень (всего четыре лунки). Для экспериментов с двумя уровнями тока (всего шесть лунок) только два крайних купона (позиции 1 и 3) отбирали в каждой лунке. На каждом текущем уровне было проведено не менее трех независимых экспериментов (всего N = 11 экспериментов).

Хотя основным исследуемым организмом был S. epidermidis , лечение грамотрицательных бактерий электрическим током также исследовалось с различными концентрациями NaCl.Обработку биопленок Pseudomonas aeruginosa проводили в течение 20 часов при комнатной температуре. Обрабатывающий раствор представлял собой TSB с концентрацией 1/300 th (для соответствия условиям непрерывного потока из реактора роста) с различными концентрациями NaCl от без добавления соли (0,017 г / л NaCl из TSB) до 9 г / л общего NaCl. Тобрамицин добавляли при показании 10,0 мкг / мл сульфата тобрамицина (Sigma-Aldrich) параллельно с предыдущими исследованиями биоэлектрического эффекта с использованием той же концентрации [15], [17] или половины концентрации (5.0 мкг / мл) [14] – тобрамицина против P. aeruginosa. Данные МИК, представленные в этих исследованиях, показывают, что 10,0 мкг / мл сульфата тобрамицина в 10 раз превышают МИК для исследованных штаммов P. aeruginosa [14] – [17], [19]. Использовали три режима размещения купонов: без прокладок, сгруппированных на катоде (как в экспериментах S. epidermidis ), и экстремальное расстояние с купонами на аноде, середине и катоде. По этой причине результаты P. aeruginosa представлены как среднее значение LD для купонов ( n = 2 или 3 купона на лунку) из данной обрабатываемой лунки.Всего в N = 14 экспериментах применяли ток с антибиотиком и без него, а в N = 5 экспериментов применяли только ток, в результате получилось 34 лунки только с током и 16 лунок для обработки с током и тобрамицином. Приложенные уровни тока от 0,13 до 2,0 мА (от 0,05 до 0,71 мА / см 2 ) были ограничены концентрацией соли и диапазоном регуляторов тока.

Определение количества жизнеспособных клеток биопленки

В конце обработки образцы были взяты и проанализированы, как описано в ASTM E2562-07 [31] с небольшими изменениями: обработанные купоны были осторожно удалены из лунки для обработки с помощью стерильного кровоостанавливающего средства и помещены на стерильную поверхность для отбора образцов.Удерживая купон кровоостанавливающим зажимом, верхнюю поверхность купона соскребали стерильной деревянной палочкой, удерживаемой перпендикулярно поверхности в течение 30 секунд. Палочку взбалтывали в 9 мл стерильной забуференной воды для разбавления и затем использовали для соскабливания купона второй и третий раз. Купон был очищен таким же образом три раза по 30 секунд каждый. После третьего вращения палку выбросили. Купон держали над пробиркой для разбавления, и очищенную поверхность промывали 1 мл воды для разбавления, чтобы удалить оставшуюся биопленку, в результате чего в пробирке для разбавления получился конечный объем 10 мл.Образец гомогенизировали при 10000 об / мин в течение одной минуты для дезагрегации комков биопленки, серийно разбавляли и высевали по каплям с использованием метода капельной чашки (десять капель по 0,01 мл на разведение) на агаре. Образцы S. epidermidis высевали на триптический соевый агар (Difco), а образцы P. aeruginosa высевали на агар R2A (Difco). Колониеобразующие единицы (КОЕ) на чашках подсчитывали после инкубации в течение ночи при 37 ° C. Логарифмическая плотность биопленки (LD) жизнеспособных клеток для каждого купона была рассчитана с использованием средних КОЕ, подсчитанных для 10 капель, объема каждой капли, площади поверхности купона, объема жидкости, в которую биопленка была соскоблена (нулевое разведение ), и разведение, при котором подсчитывали колонии: =.Логарифмические сокращения (LR) плотности клеток биопленки были рассчитаны для каждого образца на основе сравнения обработанного образца со средним значением для обесточенного, без антимикробного контроля (1–3 контроля на эксперимент) в рамках одного и того же эксперимента:

Мы использовали LR на образец, в отличие от LR на эксперимент, чтобы явно смоделировать влияние местоположения в лунке на среднее LR. Любое определение LR генерировало одно и то же среднее значение LR, но SEM и степени свободы для t-тестов, основанных на LR на образец, были больше.

купонов контроля роста отбирали пробы непосредственно в соответствии с протоколом роста каждый раз, когда запускали реактор, и отбирали пробы таким же образом. Купоны роста в асептических условиях извлекали из реактора и держателя купонов, погружали в 10 мл стерильной воды для разбавления для удаления планктонных клеток и помещали на стерильную доску для отбора проб. Процедура соскабливания на этом этапе была такой же, как и выше.

Измерение хлора, выделяемого при воздействии электрического тока

И биопленка, и средние органические вещества могут быть источниками потребности в хлоре, которые быстро реагируют с доступным хлором в системе, тем самым снижая измеряемый свободный хлор.Следовательно, чтобы определить, образовались ли свободные формы хлора во время воздействия электрического тока, эксперименты были повторены без биопленки и без органических веществ в среде. Те же уровни тока, которые использовались в экспериментах S. epidermidis , применяли к 20 мл раствора NaCl 9 г / л, 0,25 г / лк 2 HPO 4 , эквивалентных концентрациям соли и буфера, присутствующим в лечебном растворе. . После 24 часов нанесения ток отключили, крышку осторожно сняли и жидкие образцы (0.По 1 мл каждый) одновременно вносили пипеткой на каждый электрод. Образцы измеряли методом хлора DPD с использованием реагента HACH DPD Free Chlorine Reagent (5 мл порошковых подушек), считываемого на спектрофотометре при 530 нм. Образцы разбавляли водой для реагентов, чтобы они соответствовали диапазону реагентов, установленному производителем. Предполагалось, что эти концентрации хлора, называемые «конечными измерениями свободного хлора», представляют совокупное количество химически активных форм хлора, образовавшихся за 24 часа обработки.

Измерение pH после воздействия электрического тока

Для оценки изменений pH эксперименты с биопленкой S. epidermidis были повторены без биопленки. Такие же уровни тока применялись к 20 мл стандартного лечебного раствора (3 г / л TSB, 9 г / л общего NaCl) при 37 ° C в течение 24 часов. Для каждой лунки отключили ток и сразу же измерили pH с помощью pH-метра на каждом электроде. В более грубом методе pH-полоски (EMD colorpHast, диапазон pH 0–14) размещались на расстоянии 1 см и одновременно погружались в лунку для обработки во время протекания тока.

Эксперимент по дозированию хлора для имитации воздействия электрического тока

В другом варианте для лечения биопленок S. epidermidis вместо электрического тока использовались концентрации свободного хлора, эквивалентные 24-часовым «конечным измерениям свободного хлора» для каждого уровня тока. Для каждого уровня тока ранее измеренные концентрации свободного хлора были сгруппированы для обоих электродов и усреднены. Четыре раствора свободного хлора (соответствующие четырем текущим уровням) были приготовлены с использованием отбеливателя и стерильной воды лабораторного качества.Для контроля использовали стерильную воду (без добавления отбеливателя). Из-за быстрого характера реакций хлора питательные вещества добавляли к растворам хлора непосредственно перед нанесением на биопленку следующим образом. Каждый раствор свободного хлора был доведен до 105% целевой концентрации свободного хлора. Был приготовлен 20-кратный стерильный средний раствор, так что результирующая 1-кратная концентрация была бы стандартной 3 г / л TSB с 9 г / л общего NaCl. S. epidermidis. биопленок выращивали в реакторе CDC и переносили в лунки для обработки, как и раньше.В нулевой момент времени 1 мл раствора среды 20Х добавляли к 19 мл данного раствора свободного хлора в стерильном стеклянном флаконе, перемешивали и осторожно добавляли в лунку для обработки, содержащую купоны, покрытые биопленкой. Это было сделано для всех пяти скважин. Затем лунки обрабатывали как биопленки, подвергнутые действию электрического тока, с 24-часовой инкубацией при 37 ° C, после чего образцы биопленок отбирали, как обычно. В этом эксперименте антибиотик не использовался.

Воздействие электрического тока на биопленку с другими электролитами (без хлорида)

В этом варианте электрический ток подавался на С.эпидермис биопленок в лечебных растворах без хлорида. Электролит все еще был необходим для протекания тока, поэтому вместо 0,154 M Cl (9 г / л NaCl) в стандартном обрабатывающем растворе 0,154 M SO 4 2- (как 21,9 г / л Na ). 2 SO 4 ), 0,154 M NO 3 (как 13,1 г / л NaNO 3 ) или 0,154 M PO 4 (как 10,7 г / л Na 2 HPO 4 и 9,2 г / л NaH 2 PO 4 с учетом K 2 HPO 4 вкладов уже в среде) было использовано с другими компонентами TSB, добавленными по отдельности (при 1/10 th сила: 1.7 г / л гидролизата казеина (BD Bacto Tryptone), 0,3 г / л ферментативного гидролизата соевого шрота (BD Difco Soytone Peptone), 0,25 г / л декстрозы и 0,25 г / л K 2 HPO 4 ). Для каждого альтернативного электролита прикладывания 0, 2,0 и 5,0 мА (0, 0,7 и 1,8 мА / см 2 соответственно) выполняли параллельно, и отбирали пробы из всех трех купонов в лунках. За исключением замены лечебных растворов, протоколы выращивания, обработки и отбора проб были такими же, как и в предыдущем S.epidermidis эксперименты с текущим приложением. В этих экспериментах антибиотик не присутствовал.

Окрашивание и микроскопия отделившихся клеток и биопленок

Три лунки, содержащие биопленок S. epidermidis , обрабатывали 3,0 мА (1,1 мА / см 2 ) постоянного тока в течение 24 часов с параллельными трехкратными контрольными лунками без тока (как описано выше). Образцы жидкости и биопленки окрашивали с помощью набора LIVE / DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (молекулярные зонды), а также отбирали образцы на жизнеспособность на TSA.Набор для окрашивания содержит зеленый флуоресцентный SYTO 9 и красный флуоресцентный йодид пропидия, чтобы различать клетки с неповрежденными мембранами («живые») и клетки с поврежденными мембранами («мертвые»), соответственно. Образцы объемом 1 мл неразбавленной основной жидкости и разбавление 1 × 10 основной жидкости (в стерильном PBS) были взяты из каждой лунки и инкубированы при комнатной температуре с 3 мкл 1 × 1 раствора компонента A (SYTO 9) и Компонент Б (иодид пропидия) в темноте 15 минут. Каждый окрашенный образец фильтровали через черную поликарбонатную мембрану (GE Water & Process Technologies, 0.Размер пор 22 мкм, диаметр 25 мм). Мембрану переносили на предметное стекло микроскопа, на фильтр наносили каплю иммерсионного масла типа FF (Cargille) и наносили покровное стекло. Образцы визуализировали с помощью эпифлуоресцентного микроскопа Nikon Eclipse E800 (100-кратный масляный объектив, 1,40 NA) со стандартным фильтром FITC (например: 480/30, DM: 505 LP, em: 535/40) для визуализации зеленой флуоресценции SYTO 9 и стандартный фильтр TRITC (например: 540/25, DM: 565 LP, em: 605/55) для просмотра красной флуоресценции йодида пропидия.Парные зеленые и красные изображения были получены на двадцати случайных изображениях (16 389 мкм 2 ) для каждого образца с использованием программного обеспечения MetaVue (Universal Imaging Corporation). Площадь покрытия клеток измерялась на каждом цифровом изображении с использованием программного обеспечения MetaMorph (Universal Imaging Corporation). Калибровка измеренной площади клеток по сравнению с ручным подсчетом клеток на цифровом изображении была выполнена для 50 кластеров размером от 1 до 32 клеток. Калиброванную среднюю площадь на ячейку использовали для преобразования измеренной площади в количество клеток для каждого изображения, что приводило к количеству «живых» и «мертвых» клеток для n = 20 изображений для каждой основной пробы жидкости.Чтобы дополнить эти измерения, из основной жидкости также брали пробы, серийно разбавляли и помещали на TSA для подсчета жизнеспособных клеток.

Образцы биопленок из тех же лунок для обработки были удалены, окрашены на купоне раствором LIVE / DEAD в соотношении 3 мкл 1 × 1 раствора SYTO 9 и пропидия йодида на 1 мл стерилизованного фильтрацией PBS и инкубированы при комнатной температуре. в темноте 30 минут. После инкубации краситель переносили пипеткой со стороны купона, и образец осторожно промывали стерилизованным на фильтре PBS для удаления избытка красителя.Затем окрашенные образцы были визуализированы с помощью конфокальной микроскопии или залиты для криосрезов. Конфокальные изображения биопленки получали полностью гидратированной в чашке Петри с использованием Leica TCS SP5 Confocal (25XW LWD, 0,95 NA). Флуоресценцию SYTO 9 и иодида пропидия возбуждали с помощью лазеров с длиной волны 488 нм и 561 нм со щелями детектора, установленными на 499–551 нм и 579–647 нм, соответственно. Изображения обрабатывались с помощью программного обеспечения Imaris (Bitplane). Для проведения криосрезов окрашенные образцы купонов подвергали криозащите в O.C.T. Составная среда для заделки тканей (Tissue-Tek) на сухом льду, как описано ранее [26].Срезы залитых образцов толщиной пять мкм нарезали в криостате Leica CM1850 при -20 ° C и помещали на предметные стекла, покрытые поли-L-лизином (SuperFrost Plus, FisherBrand). Покровное стекло помещали поверх сухих образцов криосрезов, каплю воды помещали поверх покровного стекла, и криосрезы визуализировали с помощью объектива 60XWI (1,20 NA) с микроскопом эпифлуоресценции Nikon E800 и фильтрами, описанными выше. Зеленые и красные изображения криосрезов были объединены в цвет с использованием программного обеспечения MetaMorph (Universal Imaging Corporation).

Статистические методы

Статистический анализ проводился с использованием моделей линейных смешанных эффектов ( lme ) в пакете нелинейных смешанных эффектов ( nlme ) [32] в бесплатной статистической и графической программе R [33]. Модели lme учитывали плотность электрического тока, положение в скважине и концентрацию соли (только для экспериментов P. aeruginosa ) как коварианты. Антимикробная обработка, источник обработки (электрический ток в сравнении с имитируемым электрическим током для экспериментов по дозированию хлора) и электролит были категориальными переменными.Эксперимент был случайным фактором во всех моделях. Поскольку существовали неравные расхождения между не имеющими тока контроля и текущими данными (как и ожидалось), статистические анализы были выполнены на наборах данных LR (по сравнению с отсутствующим контролем, контролем без антибиотиков), которые были усечены, чтобы исключить контроли с антибиотиками. но тока нет. Следующий процесс выбора модели использовался для определения наиболее подходящей модели для данных. Первоначально все двусторонние взаимодействия между факторами были включены в модель lme .Взаимодействия были исследованы с помощью критериев значимости и графиков взаимодействия. Отбросили незначительные и неважные взаимодействия.

Следующие модели явились результатом процесса отбора. Чтобы оценить эффект уничтожения S. epidermidis постоянного тока в присутствии и в отсутствие ципрофлоксацина, LR для каждого образца оценивали как функцию присутствия / отсутствия антибиотика, плотности тока и положения в лунке с взаимодействием между антибиотиком и током. плотность.Дифференциальное глушение по всей скважине было проанализировано с использованием подмножества данных в виде разницы LR между крайними купонами (купоны 1 и 3) из той же самой скважины, как функция плотности тока и наличия / отсутствия антибиотика с элементом взаимодействия между двумя переменными. . Для оценки уничтожения S. epidermidis дозами хлора LR для каждого образца в эксперименте по дозированию хлора анализировали как функцию имитированной плотности тока. Эксперимент по дозированию хлора ( N = 1) сравнивался с экспериментами без антимикробного воздействия, подвергающимися воздействию тока ( N = 11), как средние значения LR в каждой лунке в зависимости от приложенной (или имитированной) плотности тока и типа обработки (прямой ток или доза хлора) с условием взаимодействия между плотностью тока и типом обработки.Текущее воздействие с альтернативными электролитами было проанализировано в одной модели с использованием данных по нитратам, сульфату и фосфату, а также данных 2,0 и 5,0 мА, когда в качестве электролита использовался хлорид. LR (по сравнению с контролем без тока того же электролита) был проанализирован как функция плотности тока, электролита и положения с элементом взаимодействия между плотностью тока и электролитом.

Образование свободного хлора анализировалось на каждом электроде как концентрация свободного хлора как функция плотности тока.Градиенты хлора в лунке анализировали как разницу в концентрации свободного хлора между электродами в одной лунке (одновременные пробы) как функцию плотности тока.

Для экспериментов P. aeruginosa использовали следующие модели lme . Чтобы оценить влияние соли на рост, LD для обесточенных контролей с и без тобрамицина были проанализированы отдельно как функция концентрации соли и совместно как LD как функция присутствия / отсутствия антибиотика и концентрации соли с условием взаимодействия между две переменные.Поскольку в экспериментах P. aeruginosa во время обработки электрическим током использовалось несколько режимов разнесения, в качестве ответа использовались средние значения LR для каждой лунки, обработанной током. Данные биопленок, подвергнутых воздействию тока без антибиотиков, были использованы для изучения эффектов тока при различных уровнях соли. Средние LR по отдельным скважинам для обработки были оценены как функция концентрации соли и плотности тока как коварианты с элементом взаимодействия между двумя переменными. Эффекты тобрамицина с током при различных концентрациях соли оценивали только в экспериментах с параллельными лунками с антибиотиком и без него.Средние LR были проанализированы как функция плотности тока, концентрации соли и наличия / отсутствия антибиотика. Первоначально все двусторонние взаимодействия были в модели, но незначительные взаимодействия между антибиотиком и током (значение p = 0,32) и антибиотиком и солью (значение p = 0,52) были удалены из модели, что привело к одному члену взаимодействия между током и солью для тобрамицин эксперименты.

Стандартное отклонение повторяемости (SD) для моделей lme было рассчитано на основе выхода R дисперсии внутри эксперимента, σ в пределах 2 , и дисперсии между экспериментами, σ между 2 :.Процентные вклады каждого источника дисперсии рассчитывались как дисперсия для этого источника, деленная на квадрат стандартного отклонения повторяемости. Чтобы поддерживать уровень семейных ложных открытий на уровне 5%, была реализована процедура Бенджамини-Хохберга [34]. Таким образом, тесты гипотез с индивидуальными значениями p <0,0186 считались статистически значимыми.

Результаты

Убито одним электрическим током

S. epidermidis Биопленки

Значительное снижение S.Эпидермальные биопленки наблюдались при приложении постоянного тока в течение 24 часов при 37 ° C на всех четырех уровнях тока (0,7, 1,1, 1,4 и 1,8 мА / см 2 ), как в присутствии, так и в отсутствие ципрофлоксацина (Рисунок 2A и 2Б). Данные отображаются в виде отдельных точек данных для каждого взятого купона. Более значительное снижение плотности жизнеспособных клеток биопленки наблюдалось при более высоких уровнях тока со средними значениями LR до 6,68 log 10 (КОЕ / см 2 ) на самом высоком уровне тока (1,8 мА / см 2 ) с ципрофлоксацином (p- значение <0.0001). Стандартное отклонение повторяемости LR на купонах, подвергнутых действию тока, составляло 1,71 log 10 (КОЕ / см 2 ) с 24% дисперсией из-за различных экспериментальных источников. Статистический анализ проводился на основе LR как функции текущего уровня, положения и наличия / отсутствия антибиотика. Значительная линейная зависимость увеличения LR с увеличением уровня тока наблюдалась для лунок без антибиотика (значение p = 0,0001), а также для лунок с ципрофлоксацином (значение p = 0,004), демонстрирующих дозозависимый эффект за счет одного только тока.

Рис. 2. Обработка биопленки S. epidermidis электрическим током или имитацией воздействия тока с использованием хлора.

Постоянный ток подавали параллельно лункам (A) без антибиотика и (B) с 2,5 мкг / мл ципрофлоксацина на одном или двух уровнях тока для N = 11 экспериментов. (C) Начальная доза свободного хлора, соответствующая каждому уровню тока, была использована для имитации воздействия постоянного тока в отсутствие тока для эксперимента N = 1 (без антибиотика).Все лунки содержали 3 г / л TSB и 9 г / л общего NaCl, и обработка длилась 24 часа. Каждая точка данных обозначает LD для отдельного купона, а линии показывают связанные средние LD для каждого текущего уровня.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0055118.g002

Комбинация антибиотика с электрическим током не увеличивала гибель

S. epidermidis Биопленки

Поскольку гибель наблюдалась как в присутствии, так и в отсутствие ципрофлоксацина, линейные отношения LR и текущего уровня сравнивались для исследования роли антибиотика.Статистически значимой разницы в убийстве не наблюдалось, когда ципрофлоксацин 2,5 мкг / мл присутствовал во время воздействия постоянного тока (значение p = 0,75). Взаимодействие между током и антибиотиком было незначительным (значение p = 0,33), что указывает на то, что присутствие 2,5 мкг / мл ципрофлоксацина дополнительно не влияло на скорость дозозависимого уничтожения при текущем уровне. Поскольку биоэлектрический эффект обсуждается как синергетическое увеличение эффективности уничтожения, когда антибиотики используются в сочетании с электрическим током, взаимодействие между антибиотиком и током могло бы наблюдаться, если бы этот тип синергизма присутствовал.В этих экспериментах не наблюдалось статистически значимых синергетических или аддитивных ответов, когда 2,5 мкг / мл ципрофлоксацина присутствовали во время воздействия постоянного тока.

S. epidermidis Биопленки, расположенные ближе к катоду, больше убивают, чем более отдаленные

Неожиданным, но важным наблюдением была взаимосвязь между логарифмическими сокращениями и положением образца в лунке для обработки во время текущего воздействия (значение p = 0,0005). Чтобы определить, существовала ли определенная тенденция глушения по скважинам для обработки, была исследована разница в LR для купона на катоде (купон 3) по сравнению с купоном около центра скважины (купон 1) из той же текущей открытой скважины. для S.epidermidis экспериментов (рис. 3). Ненулевые различия указали бы на дифференциальное убийство из-за положения. Пять из тридцати девяти лунок, подвергшихся действию тока, имели полное глушение (ниже предела обнаружения) на обоих купонах и, таким образом, имели нулевую разницу положения. В 28 из 34 оставшихся экспериментов большее снижение плотности бактерий наблюдалось в купоне 3 по сравнению с купоном 1, на что указывает положительная разница LR. Эти различия LR между крайними купонами существенно не изменились с текущим уровнем (p-значение = 0.71) или наличие или отсутствие ципрофлоксацина (значение p = 0,13), но объединенная разница по всем лункам в среднем была достоверно положительной (значение p = 0,0003). Таким образом, эти данные указывают на тенденцию к увеличению глушения на катоде (купон 3) по сравнению с образцами в центре скважины при приложении постоянного тока. Когда ток не подавался (контрольные образцы), положение не имело статистически значимого эффекта.

Рис. 3. Повышенное уничтожение биопленки S. epidermidis , прилегающей к катоду.

Внутри каждой скважины после обработки электрическим током наблюдалась тенденция к большему сокращению в купоне 3 (рядом с катодом) по сравнению с купоном 1 (рядом с центром скважины), о чем свидетельствуют положительные значения. Каждый символ обозначает измерение разницы в LR между крайними положениями купона (купон 3 минус купон 1) в текущей открытой скважине.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0055118.g003

Электрический ток, вызывающий образование свободного хлора

Из-за хлорида в среде, хлор, образующийся при электролизе, подозревался как возможный этиологический агент наблюдаемого снижения плотности биопленки.Во время воздействия электрического тока свободный хлор будет генерироваться непрерывно, но доступный хлор будет быстро реагировать с биопленкой и органическими веществами в среде и не поддается измерению при наличии этих источников потребности в хлоре. Таким образом, воздействия постоянного тока были повторены без источников потребности в хлоре (биопленка и органические вещества), и пробы на содержание хлора были взяты через 24 часа. Эти измерения называются «конечными концентрациями свободного хлора» и приблизительно отражают совокупное количество хлора, образовавшееся в процессе обработки без реакции.Значительные концентрации свободного хлора были произведены на всех четырех уровнях тока в течение 24 часов (рис. 4A). Концентрации варьировались от 400–680 частей на миллион свободного хлора при самом низком уровне тока (0,7 мА / см 2 ) до 930–1400 частей на миллион свободного хлора при максимальном уровне тока (1,8 мА / см 2 ). Сильная линейная зависимость наблюдалась при увеличении свободного хлора с увеличением уровней тока (значение p <0,0001 для анодных образцов, а также для катодных образцов). Также наблюдался значительный градиент свободного хлора по всей скважине (Рисунок 4B).В среднем, концентрации свободного хлора на катоде были выше по сравнению с анодом в той же скважине (значение p = 0,012). Любые изменения величины разницы хлора с увеличением уровней тока не были значительными при значении сравнения (p-значение = 0,038). Когда те же эксперименты проводились с органическими веществами в растворе, свободный хлор не определялся через 24 часа. Важно отметить, что эти концентрации хлора являются кумулятивными и даже близко не будут такими высокими в любой момент времени во время обработки электрическим током, когда присутствуют биопленка и органические источники потребности в хлоре.

Рис. 4. Образование хлора и изменение pH под действием электрического тока в отсутствие биопленки.

(A) Свободный хлор измеряли на каждом электроде после 24 часов воздействия тока, когда воздействия постоянного тока повторялись без источников потребности в хлоре (биопленка и органические вещества в среде). Эти «конечные концентрации свободного хлора» приблизительно соответствуют кумулятивному количеству хлора, образовавшемуся в процессе обработки без реакции. (B) Различия свободного хлора между электродами (катод минус анод) в каждой лунке указывают на тенденцию к более высоким концентрациям свободного хлора на катоде, о чем свидетельствуют положительные значения.(C) Измерения pH проводились на каждом электроде после подачи постоянного тока в течение 24 часов к стандартному обрабатывающему раствору (с органическими веществами). Символы указывают на отдельные измерения, а линии (A) показывают линейные модели смешанных эффектов.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0055118.g004

Электрический ток, вызывающий изменения pH

После 24 часов подачи постоянного тока к обрабатывающему раствору было выполнено

измерений pH (3 г / л TSB, 9 г / л общего NaCl, без биопленки) для исследования общего изменения pH, а также градиентов pH в лунке.Через 24 часа ток отключили и сразу же провели измерения на каждом электроде с помощью pH-метра (рис. 4C). Незначительное увеличение pH обычно наблюдалось после подачи тока, однако увеличения не были статистически значимыми по сравнению с начальным pH (значения p = 0,059 и 0,062 для измерений на аноде и катоде, соответственно). Сравнение этих измерений в каждой лунке не соответствовало тому, что pH был выше на одном электроде над другим, и не наблюдалось статистически значимой разницы, которая указывала бы на градиент pH в лунках (p-значение = 0.97). Однако, чтобы подтвердить эти наблюдения, измерения pH проводились с помощью pH-полосок во время протекания тока. Через пять минут градиенты pH около 3 на аноде и 9 на катоде наблюдались на четырех изученных уровнях тока со значениями от 6 до 7 в центре лунок (данные не показаны). Ожидается, что любой градиент pH в скважине будет быстро рассеиваться при прекращении тока из-за диффузионного и конвективного перемешивания. Эти наблюдения указывают на большой градиент pH в лунках при протекании тока, но не на чистое изменение pH раствора.

Добавление свободного хлора в отсутствие электрического тока, имитирующее уничтожение биопленок током

Чтобы исследовать вклад образования хлора в эффекты постоянного тока, был проведен следующий эксперимент, чтобы определить, можно ли использовать дозу свободного хлора, репрезентативную для концентраций, измеренных при отсутствии источников потребности в хлоре, для имитации воздействия постоянного тока. Для каждого уровня тока средние конечные концентрации свободного хлора для обоих электродов (рис. 4A) использовались для определения обрабатываемой концентрации свободного хлора для имитации эффекта постоянного тока.Усредненные концентрации составляли 0, 560, 730, 920 и 1120 частей на миллион свободного хлора для 0, 0,7, 1,1, 1,4 и 1,8 мА / см 2 соответственно. Поскольку питательные вещества представляют собой очень большой источник потребности в хлоре, растворы хлора были приготовлены в воде, и питательные вещества были добавлены непосредственно перед нанесением хлорно-питательного раствора на образцы биопленки для выдержки в течение 24 часов. Такой подход учитывал одновременные реакции хлора с биопленкой и компонентами органической среды.Значительное снижение плотности клеток наблюдалось при дозах хлора на всех уровнях (рис. 2С). Снижения следовали дозозависимому паттерну с линейной тенденцией увеличения LR с увеличением имитированного текущего уровня (т. Е. Доза хлора, p-значение = 0,003). Когда моделируемый ток с дозированием хлора ( N, = 1 эксперимент) сравнивался с воздействием постоянного тока ( N = 11 экспериментов, рис. 2A) в зависимости от плотности тока (или имитированной плотности тока), статистически значимой разницы не было. наблюдается между обработкой током по сравнению с имитируемым током с дозированием хлора (p-значение = 0.98), а также не было существенной разницы в тренде LR по сравнению с текущим (значение p = 0,76). В то время как дозозависимое уменьшение биопленки с увеличением доз хлора можно было бы ожидать, специфичность применяемой дозы к каждому текущему уровню для создания аналогичных сокращений демонстрирует более чем частичный вклад в эффективность. Эти результаты показывают, что образование хлора играет преобладающую роль в эффектах постоянного тока в этой системе, но, кроме того, делает это дозозависимым образом, который основан на применяемом текущем уровне и последующем количестве производимого свободного хлора.

Электролиты, кроме хлоридов, образующие меньшее уничтожение биопленок электрическим током

Признаки важности образования хлора для эффективности постоянного тока заставили нас задаться вопросом, будут ли эффекты электрического тока наблюдаться без хлорида в системе. В следующем варианте ток был приложен к биопленкам S. epidermidis в отсутствие хлорида с использованием альтернативных электролитов в лечебном растворе (рис. 5). Хлорид натрия – это не только электролит, но и параметр, влияющий на рост С.epidermidis , и поэтому определить идеальный электролит было трудно. Поскольку другие галогенидные соли будут генерировать аналогичные биоцидные продукты, в этих экспериментах в качестве электролитов использовались нитраты, сульфаты и фосфаты. Кривые роста планктонных культур в трех альтернативных растворах электролитов по сравнению с раствором, содержащим хлорид, были подобны во время экспоненциальной фазы, но конечные логарифмические плотности были на половину или на один логарифмический порядок ниже, чем у хлоридных (данные не показаны). Таким образом, для этих экспериментов биопленки выращивались в реакторе CDC с использованием стандартного протокола роста (с хлоридом), и применение альтернативных растворов электролита (и последующее удаление хлорида) происходило только во время текущего применения.Контроли без тока проводились параллельно, чтобы учесть любые эффекты альтернативного электролита на рост или выживаемость биопленок в течение периода лечения. Самый низкий и самый высокий уровни тока из экспериментов с хлоридом применялись к каждому раствору в течение 24 часов (Рисунок 5). Уменьшение биопленки наблюдалось при применении постоянного тока, когда сульфат или нитрат служили электролитом со статистически значимой дозовой реакцией LR с текущим уровнем для сульфата (p-значение = 0,013), но не для нитрата (p-значение = 0.066). Снижение было больше при воздействии электрического тока с сульфатом в качестве электролита (3-логарифмическое среднее уменьшение при наивысшей плотности тока) по сравнению с нитратом (2-логарифмическое среднее уменьшение при самой высокой плотности тока), однако ни один из них не показал столь сильного воздействия. эффект в виде 5-логарифмического уменьшения, наблюдаемого на самом высоком уровне тока, когда постоянный ток применялся с присутствующим хлоридом. Напротив, когда в качестве электролита использовался фосфат, применение электрического тока при тех же уровнях тока не влияло на жизнеспособность биопленки (значение p = 0.58).

Рис. 5. Обработка биопленки S. epidermidis электрическим током с использованием различных электролитов.

К биопленкам прикладывали постоянный ток в течение 24 часов. Растворы для обработки содержали все компоненты TSB, кроме NaCl. Хлорид заменяли нитратом, фосфатом или сульфатом той же молярности (0,154 М), которая использовалась для экспериментов с хлоридом. Средние результаты по хлоридам для 2 и 5 мА показаны для сравнения (полный набор данных на рисунке 2A). Каждый символ указывает LD для отдельного купона, а линии показывают подключенные средства для каждого текущего уровня.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0055118.g005

Наблюдение парадоксального увеличения количества клеток в биопленке S. epidermidis

при лечении антибиотиками

Контрольные лунки для обработки (одна без антибиотика, одна с ципрофлоксацином) запускались параллельно с каждым экспериментом и не получали тока в течение 24-часовой обработки. Средняя LD для обесточенного контроля без антибиотика составляла 7,24 log 10 (КОЕ / см 2 ) с SD повторяемости 0.27 log 10 (КОЕ / см 2 ) с разбросом, в основном из-за экспериментальных источников (85%). Средняя LD для обесточенных контролей с ципрофлоксацином составляла 8,00 log 10 (КОЕ / см 2 ) со стандартным отклонением повторяемости 0,28 log 10 (КОЕ / см 2 ) с расхождением в основном из-за экспериментальных источников. (83%). LR из-за ципрофлоксацина в контрольной группе без тока был статистически значимым (p <0,001). Мы на 95% уверены, что увеличивает логарифмическую плотность , когда присутствует ципрофлоксацин, между 0.66 и 0,89 log 10 (КОЕ / см 2 ). Хотя это кажется противоречащим действию антибиотика, в этой системе это можно объяснить дифференциальным отрывом клеток от поверхности купона в течение 24-часовой обработки. Средняя LD на купонах в начале 24-часовой обработки составляла 8,46 log 10 (КОЕ / см 2 ), поэтому LD снижались в течение курса лечения в обоих контрольных типах. Мы предполагаем, что в присутствии ципрофлоксацина большее количество клеток оставалось прикрепленным к поверхности купона, чем отделялось в более жестких условиях основной жидкости, содержащей антибиотик.Напротив, в отсутствие антибиотика отслойка могла быть меньше подавлена. Это наблюдение подтверждается тем фактом, что контрольные лунки без тока и без антибиотика обычно были мутными после обработки, в то время как соответствующие обесточенные лунки с ципрофлоксацином не были. Отсутствие какой-либо убивающей эффективности антибиотика против бактерий биопленки показывает, что эта модельная система отражает замечательную толерантность биопленки к антибиотикам.

Отслоение клеток наблюдалось в контрольных образцах и образцах, обработанных электрическим током

Отслоение биопленки оценивалось по количеству жизнеспособных клеток по TSA и окрашиванию LIVE / DEAD основной жидкости и биопленки после воздействия 3.0 мА (1,1 мА / см 2 ) постоянного тока в течение 24 часов. Набор LIVE / DEAD BacLight использует два красителя, чтобы различать клетки с неповрежденными мембранами (зеленые «живые» клетки) и клетки с поврежденными мембранами (красные «мертвые» клетки). В то время как целостность мембраны является важным параметром жизнеспособности клеток, окрашивание клеток в зеленый цвет не является строгим параметром для живых клеток, а окрашивание в красный цвет не указывает строго на их нежизнеспособность, поэтому подсчет на планшете и окрашивание являются дополнительными методами. Количество жизнеспособных клеток в основной массе жидкости значительно выше в контрольных лунках без тока со средним значением LD +/- SD, равным 8.01 +/- 0,09 log 10 (КОЕ / мл) по сравнению с 1,15 +/- 0,78 log 10 (КОЕ / мл) жизнеспособных клеток в основной жидкости текущих открытых лунок. Общее количество клеток в отфильтрованных объемных образцах жидкости рассчитывали по объединенному количеству окрашенных клеток («живых» и «мертвых») с помощью микроскопии. Общее количество отделенных клеток в основной жидкости после 24 часов обработки было на 1 логарифм выше в контрольных лунках со средним логарифмическим общим количеством клеток +/- SD 8,72 +/- 0,01 log 10 (клеток / мл) в контрольных лунках и 7 .67 +/- 0,45 log 10 (клеток / мл) в текущих экспонированных лунках; однако соотношение зеленых «живых» или красных «мертвых» клеток к общему количеству клеток на изображениях показало 92% «живых» клеток в основной жидкости контрольных лунок (8,68 +/- 0,03 log 10 («живые» клетки / мл)) по сравнению только с 2% «живых» клеток от общего числа отслоившихся клеток в лунках, подвергнутых воздействию постоянного тока 3,0 мА (5,40 +/- 1,12 log 10 («живые» клетки / мл)).

образцов биопленок, окрашенных LIVE / DEAD, из тех же лунок для обработки были визуализированы с помощью конфокальной микроскопии и криосрезов.Топография неэкспонированных контрольных биопленок была очень неоднородной с множеством колонн, башен и полос, характерных для зрелой биопленки (рис. 6A и 6D). Большинство различимых клеток окрашено в зеленый цвет, хотя при поиске как на конфокальных, так и на криосекционных изображениях были обнаружены прерывистые отчетливые эритроциты. Более широкое красное окрашивание наблюдалось также на поверхности башенных конструкций. Напротив, биопленки, обработанные электрическим током, были более тонкими и плоскими, с большинством различимых клеток, окрашенных в красный цвет, что указывает на поврежденные клетки, для образцов биопленки в центре лунки в положении 1 (рис. 6B и 6E), а также рядом с катодом в положении 1. положение 3 (рис. 6C и 6F).Некоторое широкое красное окрашивание и редкое зеленое окрашивание наблюдались в областях сгруппированных эритроцитов и, по-видимому, были связаны с рыхлым матриксным материалом, поскольку отдельные зеленые клетки не наблюдались. Образцы биопленки из позиции 1 в центре лунки визуально были немного плотнее, чем у катода, с большим количеством наблюдений тускло-зеленого цвета с скоплениями красных клеток. Образцы биопленки из позиции 3 возле катода показали в основном эритроциты, которые варьировались от плотных скоплений эритроцитов до участков разреженной биопленки толщиной всего в несколько клеток.Эта уменьшенная топография явно выражена, учитывая, что все образцы биопленок (контрольные и обработанные) были взяты из одного реактора роста, и в нулевой момент времени были зрелые биопленки, напоминающие контрольную биопленку.

Рисунок 6. Изображения биопленки S. epidermidis после 24 часов отсутствия тока и воздействия постоянного тока 3 мА.

Биопленки окрашены красителями LIVE / DEAD BacLight. Зеленым цветом обозначены клетки с неповрежденными мембранами («живые» клетки), а красным цветом – клетки с поврежденными мембранами («мертвые» клетки).(A) Конфокальные и (D) изображения криосрезов контрольной биопленки. Конфокальные изображения и изображения криосрезов биопленки, подвергнутой воздействию тока 3 мА, показаны для положения 1 (B и E) и положения 3 (C и F) из одной и той же лунки для обработки. Масштабная линейка для конфокальных изображений составляет 100 мкм. Масштабная линейка для изображений криосрезов составляет 50 мкм.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0055118.g006

Эти измерения биопленки и объема жидкости можно использовать для оценки компонентов наблюдаемого сокращения биопленки из-за отслоения или уничтожения.Отделенные клетки были обнаружены в основной жидкости лунок для обработки, однако более жизнеспособные клетки, общие клетки («живые» и «мертвые») и «живые» клетки наблюдались в контрольных лунках по сравнению с лунками с электрическим током, что указывает на то, что хотя происходит отслоение биопленки, это не связано с лечением. «Мертвая» окрашенная биопленка все еще прикреплялась к поверхности купонов после воздействия электрического тока, хотя ее толщина уменьшилась и визуально казалось, что общая плотность клеток на объем биопленки уменьшилась.Во время описанных ранее экспериментов по реакции на дозу, биопленки, обработанные электрическим током, были более рыхлыми, чем контрольные при отборе проб на жизнеспособность. Эти наблюдения могут указывать на механизм отсоединения, и, следовательно, следует рассмотреть возможность оценки компонентов LR (убийство или отсоединение). Из-за неоднородности толщины и плотности образцов биопленки количественные оценки LR на основе структуры биопленки на изображениях под микроскопом будут очень трудными, но следующие гипотетические сценарии могут помочь в интерпретации.Если предполагается наличие однородной пластинчатой ​​биопленки и предполагается, что воздействие электрического тока вызывает только отслоение биопленки (т.е.не влияет на жизнеспособность), уменьшение толщины биопленки на 2/3 будет представлять собой только 0,5 LR биопленки. Если, кроме того, предполагалось, что обработка повлияет на структуру матрикса так, что количество клеток на объем в оставшейся биопленке плиты было уменьшено, например, до 25% клеток на объем биопленки в необработанном контроле, совокупное снижение толщина и плотность будут представлять только 1.1 LR. Хотя эти значения являются гипотетическими, сценарии отслоения и прореживания не могут полностью объяснить 4,34 log 10 (КОЕ / см 2 ) среднее значение LR, наблюдаемое при 3,0 мА (1,1 мА / см 2 ) без антибиотика (рис. 2А). , что указывает на большой эффект из-за убийства. Вместе эти результаты предполагают, что воздействие электрического тока предотвращает рост и убивает биопленку и бактерии планктонной фазы. Хотя некоторое отслоение произошло во время обработки электрическим током и, как было замечено, повлияло на структуру биопленки, преобладающим эффектом на биопленку была потеря жизнеспособности.

Электрический ток убивает

Pseudomonas aeruginosa Биопленки

Дозозависимый убивающий эффект тока наблюдался против грамотрицательных биопленок P. aeruginosa в течение двадцати часов обработки (фигура 7). Каждая точка данных на рисунке 7 представляет собой среднее значение LD для купонов ( n = 2 или 3), взятых из одной и той же лунки для обработки в одном эксперименте. Стандартные ошибки (SE), связанные с каждой точкой данных (т. Е. SE средней LD купонов в каждой лунке, подвергшейся действию тока более 50 лунок в N = 19 экспериментах) были между 0.05 и 1,75 log 10 (КОЕ / см 2 ) за исключением восьми лунок, в которых все образцы были ниже предела обнаружения и, следовательно, не имели вариабельности. Большая часть этой внутриэкспериментальной изменчивости наблюдалась для уровней постоянного тока 0,18–0,43 мА / см 2 для лунок без антибиотиков и 0,07–0,43 мА / см 2 для тобрамицина при стандартных ошибках менее 0,32 log 10 (КОЕ / см 2 ) наблюдались за пределами этих диапазонов. В этих экспериментах TSB снова использовался в качестве питательного вещества в обрабатывающем растворе, но в концентрации 3% от концентрации, которая использовалась в лунках во время обработки S.epidermidis и, таким образом, представляет собой систему с более низким потреблением хлора от компонентов органической среды.

Рис. 7. Обработка биопленки P. aeruginosa постоянным током.

Постоянный ток подавали на биопленку в лунках, не содержащих (A) антибиотика и (B) 10 мкг / мл сульфата тобрамицина, в течение 20 часов. Все лунки содержали 0,1 г / л TSB с различным общим количеством NaCl. Ссылки на теоретическое ограничение соли или избыток соли относятся только к скважинам с током.Каждый символ указывает средний LD на купонах по одной скважине, а линии показывают связанные средние для каждого текущего уровня.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0055118.g007

Сначала были проанализированы эксперименты на предмет влияния концентрации соли во время воздействия электрического тока. В то время как уровни хлорида натрия сгруппированы в диапазоны концентраций на Рисунке 7 для ясности представления, концентрация соли использовалась в качестве ковариаты для анализа. В отсутствие тока концентрация соли в контрольных лунках в течение 20-часовой обработки не оказывала значительного влияния на LD в контрольных лунках (значение p = 0.12) и было определено, что оно не влияет на рост или выживаемость биопленок во время лечения. Средняя LD для контрольных групп без применения антибиотиков по уровням соли составляла 7,50 log 10 (КОЕ / см 2 ) с SD повторяемости 0,34 log 10 (КОЕ / см 2 ) с 66 % отклонения из-за экспериментальных источников. Для любой скважины с током были рассчитаны две границы для хлора: максимальная концентрация свободного хлора, если весь хлорид в обрабатывающем растворе был преобразован в свободный хлор, и теоретическая концентрация хлора, если весь ток, который проходит через обрабатывающий раствор, идет на реакции. которые производят свободный хлор.Экспериментальные параметры, при которых теоретическая максимальная концентрация хлора, основанная на текущем уровне, превышала доступный хлорид в системе, были определены как теоретически «ограниченные соли». Средние LR были проанализированы как функция плотности тока и концентрации соли для данных без антибиотиков. Фигура 7A показывает, что средняя LD организмов на купонах уменьшалась по мере увеличения постоянного тока с той же скоростью, независимо от концентрации соли. Увеличение LR с текущим уровнем было статистически значимым (p-значение = 0.008), но не было обнаружено, что на него влияет концентрация соли (значение p = 0,72), и не наблюдалось значительного взаимодействия между двумя факторами (значение p = 0,83). Стандартное отклонение воспроизводимости среднего LR для скважин, подверженных действию тока, составляло 1,35 log 10 (КОЕ / см 2 ) со 100% дисперсией из-за экспериментальных источников. Поскольку скорость уменьшения биопленки при текущем уровне была одинаковой для разных концентраций соли, был сделан вывод, что в скважинах для обработки было достаточно хлоридов и, следовательно, не было «ограничений по соли» в изученном диапазоне.Оглядываясь назад на образование хлора, измеренное для текущих уровней S. epidermidis (для всех из которых имелся избыток соли), средние конечные значения измерения свободного хлора в каждой лунке (рис. 4A) составили всего 12–21% от теоретического максимума свободного хлора. уровень хлора, который был бы достигнут, если бы весь текущий поток был направлен на образование свободного хлора. Если тип электролитической «эффективности», наблюдаемый с избытком соли, также применяется к параметрам соли и тока в экспериментах P. aeruginosa , фактическое количество хлоридов, необходимое в среде, может быть намного ниже, чем теоретические крайние значения, используемые для определения ограничения соли, дающее возможное объяснение отсутствия эффектов NaCl в изученных экспериментальных условиях.

Затем был проанализирован эффект тобрамицина с различными концентрациями соли и плотностями тока (рис. 7В). В отсутствие тока биопленки, обработанные тобрамицином, имели значимое среднее значение LR 1,92 log 10 (КОЕ / см 2 ) по сравнению с контрольными образцами без применения антибиотиков (значение p <0,0005) с SD повторяемости. 0,78 log 10 (КОЕ / см 2 ) без изменения LR из-за концентрации соли (значение p = 0,45). При подаче тока снова наблюдалась значительная линейная тенденция увеличения уменьшения биопленки с увеличением тока (p-значение = 0.001). Статистически значимое увеличение LR на 1,70 log 10 (КОЕ / см 2 ) наблюдалось, когда тобрамицин присутствовал в лунках с током по сравнению с лунками без антибиотика (p-значение = 0,001), однако взаимодействие между тобрамицином и током уровень (который указывал бы на синергизм между антибиотиком и электрическим током) не был значимым (значение p = 0,33). Стандартное отклонение воспроизводимости среднего LR для скважин, подверженных действию тока, составляло 1,17 log 10 (КОЕ / см 2 ) со 100% дисперсией из-за экспериментальных источников.Эффект тобрамицина во время текущего применения очень близок к эффекту, наблюдаемому при обесточенном контроле, и отсутствие взаимодействия с текущим уровнем не может продемонстрировать синергию между текущим и тобрамицином. Таким образом, в этой системе убийство тобрамицином, по-видимому, представляет собой отдельный аддитивный эффект, который не усиливается приложением тока.

Обсуждение

Целью этого исследования было изучить применение постоянного тока в условиях, физиологически соответствующих среде инфицированного искусственного сустава.В то время как в прошлых экспериментах с биопленками в этой области исследований для минимизации эффектов электролиза обычно использовался раствор, не содержащий хлоридов, в этой системе использовалась концентрация соли нормального физиологического раствора (0,9% NaCl) для имитации физиологически релевантной среды.

Наши результаты согласуются с электролитическим образованием хлорноватистой кислоты, сильнодействующего дезинфицирующего средства, на аноде, что приводит к уничтожению биопленки. Полураакции электролиза раствора хлорида натрия:

Газообразный хлор имеет ограниченную дезинфекционную способность, однако при образовании в воде образует химически активные соединения свободного хлора, включая хлорноватистую кислоту (HOCl) и гипохлорит (OCl ):

В сочетании общая реакция электролиза составляет:

Хотя общая реакция не приведет к чистому изменению pH, катодная и анодная реакции указывают на локальное снижение pH на аноде и повышение на катоде в соответствии с нашими наблюдениями.

Этот механизм электролитического образования хлора в присутствии водного хлорида согласуется со следующими экспериментальными наблюдениями: 1) Убийственные эффекты, связанные с воздействием постоянного тока, наблюдались против биопленок S. epidermidis и P. aeruginosa в отсутствие антибиотик (рис. 2А и 7А). 2) Уменьшение биопленки зависело от дозы, при этом увеличивалось количество смертей, наблюдаемых при увеличении плотности тока (рис. 2A и 2B и рис. 7).Ожидается, что увеличение плотности тока увеличит скорость образования хлора. 3) Высокие концентрации свободного хлора были измерены в системе при воздействии электрического тока (рис. 4A). Количество образующегося хлора также зависит от линейной реакции на дозу с плотностью тока. 4) Эффект электрического тока был точно воспроизведен путем дозирования эквивалентной концентрации хлора (рис. 2С). 5) Меньшее количество смертельных исходов наблюдалось во время обработки электрическим током при тех же уровнях тока, когда нитрат и сульфат использовались вместо хлорида во время воздействия тока (Рисунок 5).6) Никакого убивающего эффекта не наблюдалось, когда ток подавался на тех же уровнях, когда вместо хлорида использовался фосфат. 7) Уничтожение биопленки было больше на купоне, непосредственно примыкающем к катоду, где также наблюдались более высокие концентрации хлора (рис. 3). Мы пришли к выводу, что электролитическое образование хлора, вероятно, будет важным in vivo там, где хлорид-ион присутствует естественно и неизменно.

Биоэлектрический эффект обычно рассматривается как синергетический эффект между биоцидом и постоянным током, когда любой из них по отдельности будет иметь минимальное влияние или вообще не иметь его.В экспериментах S. epidermidis эффект ципрофлоксацина отсутствовал (рис. 2А и 2В). Снижение за счет тобрамицина в экспериментах с P. aeruginosa (рис. 7) было сопоставимым при наличии или отсутствии тока и определено как аддитивный эффект, не зависящий от наличия постоянного тока. Таким образом, результаты, представленные здесь, не соответствуют модели биоэлектрического эффекта, поскольку мы находим существенное уничтожение только током и отсутствие синергетического усиления уничтожения, обеспечиваемого сочетанием тока и антибиотика.

Электролитическое образование хлора объясняет эффективность постоянного тока, наблюдаемую в этом исследовании, когда эксперимент учитывал физиологические условия солевого раствора (9 г / л NaCl). Сообщалось, что дозы одного хлора в концентрациях от 25 до 100 мг / л частично убивают или удаляют биопленок S. epidermidis [35], [36] или S. aureus [37], и эти результаты, кроме того, подтверждаются в эта учеба. Считающийся быстродействующим средством уничтожения, хлор действует как дезинфицирующее средство, окисляя органические вещества [38].Активные против многих организмов, соли хлора и гипохлорита являются наиболее распространенным дезинфицирующим средством в городских водоочистных сооружениях [39]. HOCl также продуцируется в фаголизосомах нейтрофилов человека из Cl и H 2 O 2 миелопероксидазой для уничтожения и переваривания чужеродных микробов для иммунной защиты [40] – [42]. Несмотря на то, что HOCl, казалось бы, поддерживает хлор в организме, он изолирован от фаголизосом внутри этих клеток, и высвобождение разновидностей хлора из разорванных нейтрофилов связано с повреждением ткани хозяина [40], хотя также сообщается о системах хозяина, предотвращающих повреждение ткани HOCl [43] .HOCl реагирует с рядом клеточных мишеней [44], демонстрируя широкую реактивность с бактериальными клетками и клетками-хозяевами [45]. Электролитическое образование газообразного хлора в водном растворе является средством получения этого мощного дезинфицирующего средства. Хотя хлор будет образовываться на аноде, свободный хлор был обнаружен во всей системе из-за конвективного перемешивания (рис. 3A). Однако из-за высокореактивной природы хлора свободный хлор будет оставаться очень низким в процессе обработки, и его может быть трудно обнаружить, когда потребность в хлоре в системе высока.Хлор не был обнаружен в течение 7 дней электрического тока в недавнем исследовании с 0,5 г / л NaCl от TSB [46]. В нашей системе хлор был обнаружен только тогда, когда из системы были удалены органические вещества.

Состав свободного хлора зависит от pH, так как преимущественно хлорноватистая кислота (HOCl) ниже pH 7,5 и гипохлорит-ион (OCl ) выше. Известно, что хлорноватистая кислота в 100 раз более активна, чем гипохлорит-ион, и является более сильным дезинфицирующим средством. В исследовании, описанном здесь, градиент pH от 3 на аноде до 9 на катоде наблюдался через скважины для обработки при протекании тока.Хотя сам по себе градиент pH может иметь существенное влияние на жизнеспособность бактерий, он также может влиять на состав и эффективность хлора. Понимание влияния pH по сравнению с хлором может быть получено из нового использования электролизованной воды (EW) в качестве дезинфицирующего средства в пищевой промышленности. EW обычно генерируется в результате электролиза разбавленных растворов хлорида натрия, которые затем собираются на каждом электроде для последующего применения с предполагаемым действием из-за pH, хлора и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) растворов.Недавнее сравнение кислотной EW и основной EW обработки биопленок S. aureus , проведенное Sun et al. продемонстрировал высокую эффективность уничтожения, но без удаления биопленки с помощью кислых растворов EW, но с высоким уровнем удаления и без уничтожения биопленки с помощью основных EW [47]. Эффект удаления был частично воспроизведен путем увеличения pH без EW, но характерное снижение pH не воспроизводило эффект уничтожения, что указывает на другие свойства EW, такие как хлор или окислительные свойства, которые несут ответственность за эффективность уничтожения.В других исследованиях восстановление с помощью предварительно электролизованных кислотных EW против планктонных E. coli и L. monocytogenes воспроизводилось с концентрацией свободного хлора, близкой к концентрациям, обнаруженным в соответствующем растворе EW [48]. В нашем исследовании мы использовали неэлектролизованные растворы свободного хлора для имитации постоянного тока. Снижения были очень похожими, когда использовались дозы хлора, что указывало на то, что хлор является основным фактором, хотя pH может влиять на локальные изменения в обрабатывающей скважине, а ОВП может быть дополнительным фактором.

Значение хлорида в системе было дополнительно продемонстрировано, когда те же уровни тока применялись без хлорида в системе. Эффект электрического тока не наблюдался при обработке биопленок S. epidermidis фосфатом, служащим электролитом. Промежуточные 2-логарифмические и 3-логарифмические средние сокращения наблюдались на самом высоком уровне тока, когда нитрат или сульфат служили электролитом, но ни один из них не оказал такого сильного эффекта, как 5-логарифмическое среднее снижение, когда в системе присутствовал хлорид (рис. ).Предполагается, что эффекты с сульфатом и нитратом связаны с реакциями электролиза и продуктами, отличными от тех, которые образуют хлор. Davis et al. обнаружили аналогичные результаты с вариациями электролитов в среде при обработке постоянным током планктонных культур E. coli [12]. Они сообщили, что исходная 8-логарифмическая культура планктонных клеток была очень минимально восстановлена ​​при использовании фосфата в среде, 1-логарифмическом снижении с сульфатом, 2-логарифмическом снижении с нитратом, но не выживаемости, когда хлорид присутствовал в течение 4 часов. обработка 400 мкА через 10 мл культуры.В исследованиях электрохимической дезинфекции сточных вод в реакторе идеального вытеснения Li et al. наблюдалась эффективность снижения E. coli , когда сточные воды содержали NaCl, но не наблюдалась эффективность дезинфекции, когда вода содержала NaNO 3 или Na 2 SO 4 [49]. Wattanakaroon и Stewart сообщили об увеличении на 4 log гибели биопленок Streptococcus gordonii при добавлении 2 г / л NaCl к раствору во время обработки электрическим током, хотя также сообщили о значительной коррозии электродов из нержавеющей стали с присутствием хлорида [21].Sun et al. сообщили, что в то время как кислая электролизованная вода, полученная при электролизе 0,1% раствора NaCl, имела сильную убивающую способность против биопленки S. aureus , электролизованная вода с таким же pH, полученная из 0,1% раствора NaNO 3 , имела минимальную эффективность [47]. Эти наблюдения показывают, что хлорид является важным параметром, повышающим убивающую способность электрического тока.

Еще один важный момент – материал электродов. Davis et al. сообщили, что электродный материал является критическим параметром в исследованиях приложения электрического тока к планктонным культурам [11].Сообщалось, что с золотым катодом аноды из углерода или платины были наиболее эффективными, в то время как серебро, никель или медь корродировали до точки разрушения во время экспериментов. В других исследованиях выделение металлов из электродов преднамеренно использовалось для доставки серебра для обработки [50], [51]. Нержавеющая сталь преимущественно использовалась для обоих электродов [13], [14], [17], [18], [20] – [23], [46], [52], как один электрод с переменной полярностью на протяжении всего экспонирования в качестве анода. или катод [13], [15], или в качестве катода [27], [29], [53] в исследованиях, изучающих электрические эффекты на биопленку, несмотря на использование платины [16], [25] и графита [22], [46] также сообщаются.В некоторых из этих исследований сообщалось о коррозии или обесцвечивании электродов из нержавеющей стали. Мы также начали наше исследование с железных электродов (данные не показаны). Эти электроды испытали значительную коррозию и выпадение цветных продуктов коррозии. Было обнаружено, что эти продукты оказали смертельное воздействие на нашу систему, что привело к использованию платиновых электродов. Недавние исследования также связали использование электродов из нержавеющей стали как с продуктами коррозии, так и с более высоким снижением количества бактерий по сравнению с графитовыми электродами [22], [46].Было высказано предположение, что использование электродов из нержавеющей стали могло способствовать большему снижению, о котором сообщалось в предыдущих исследованиях биоэлектрического эффекта [22]. Эти типы наблюдений может быть трудно обнаружить в текущей системе.

Итак, как наши результаты связаны с лечением инфекции in vivo ? В прошлом биоэлектрический эффект предлагался как способ усиления лечения инфекций антибиотиками. Наши результаты in vitro предполагают механистическую основу эффективности только электрического тока в присутствии хлорида.Это может быть частью объяснения противомикробной эффективности электрического лечения, о котором сообщалось в предыдущих исследованиях на животных. Успешное лечение электрическим током S. epidermidis было продемонстрировано на модели козы вдоль хирургических трактов штифта, соединяющих каркас внешней фиксации с костью, для использования в реконструктивной хирургии костей с штифтом, действующим в качестве электрода [54]. Анод, который должен был стать местом образования хлорноватистой кислоты, представлял собой платиновое кольцо, контактирующее с кожей с фиксирующим штифтом из нержавеющей стали, служащим катодом.Secinti et al. использовали титановые и покрытые серебром титановые винты в качестве анодов для изучения преднамеренного высвобождения частиц серебра для лечения S. aureus на имплантатах позвонков у кроликов [55]. В то время как оба винта, подвергнутых электрической обработке, уменьшали количество клеток, высвобождение титана было связано со значительным воспалением костной ткани, чего не было зарегистрировано с серебром. Del Pozo et al. показали убивающую эффективность приложения электрического тока против S. epidermidis на имплантатах из нержавеющей стали в большеберцовой кости кроликов без антибиотика в течение 21 дня воздействия, хотя также было отмечено изменение цвета костей [56].

Здесь мы сообщили об эффективности постоянного тока в уничтожении биопленок S. epidermidis и P. aeruginosa и пришли к выводу, что эти эффекты связаны с электролитическим образованием свободного хлора. Локализованное образование противомикробного препарата в очаге инфекции является привлекательной стратегией для лечения постоянных инфекций, связанных с устройством. Однако, хотя электролитически образующийся хлор может обладать антимикробными свойствами, как мы продемонстрировали здесь, он также может оказывать цитотоксическое действие на окружающую ткань хозяина.Мы не обязательно выступаем за применение постоянного электрического тока в качестве терапевтической стратегии. Вывод из этого исследования заключается в том, что если постоянный ток установлен in vivo , где много хлоридов, образование хлора является неизбежным следствием. Если необходимо рассмотреть возможность лечения электрическим током, необходимо рассмотреть возможность повреждения тканей хозяина. В будущей работе важно знать об электрохимии, которая может приводить к свободному хлору, при рассмотрении применения технологий постоянного тока in vivo .

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить Бетси Питтс из Центра биопленочной инженерии за экспертную помощь в конфокальной микроскопии. Оборудование для микроскопии на объекте было закуплено на средства, предоставленные благотворительным фондом M. J. Murdock и программой NSF Major Research Instrumentation.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: ELS BRM PSS. Проведены эксперименты: ELS. Проанализированы данные: ELS AEP.Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: BRM PSS. Написал статью: ELS.

Ссылки

  1. 1. Darouiche R (2004) Лечение инфекций, связанных с хирургическими имплантатами. N Engl J Med 350: 1422–1429.
  2. 2. König D, Schierholz J, Münnich U, Rütt J (2001) Лечение стафилококковой инфекции имплантата рифампицином-ципрофлоксацином в стабильных имплантатах. Хирургия травмы Arch Orthop 121: 297–299.
  3. 3. Павони Г., Джаннелла М., Фальконе М., Скорцолини Л., Либераторе М. и др.(2004) Консервативная медикаментозная терапия инфекций протезных суставов: ретроспективный анализ 8-летнего опыта. Clin Microbiol Infect 10: 831–837.
  4. 4. Сагинур Р., Стденис М., Феррис В., Аарон С., Чан Ф. и др. (2006) Множественное комбинированное бактерицидное тестирование стафилококковых биопленок от инфекций, связанных с имплантатами. Антимикробные агенты Chemother 50: 55–61.
  5. 5. Zimmerli W, Widmer A, Blatter M, Frei R, Ochsner P (1998) Роль рифампицина для лечения стафилококковых инфекций, связанных с ортопедическими имплантатами: рандомизированное контролируемое исследование.Группа изучения инфекции инородного тела (ФБР). JAMA 279: 1537–1541.
  6. 6. Эрлих Г.Д., Ху Ф.З., Линь Кью, Костертон Дж. В., Пост Дж. К. (2004) Интеллектуальные имплантаты для борьбы с биопленками. Asm News 70: 127–133.
  7. 7. Montanaro L, Speziale P, Campoccia D, Ravaioli S, Cangini I и др. (2011) Пейзаж с инфекциями имплантата Staphylococcus в ортопедии. Будущая микробиология 6: 1329–1349.
  8. 8. von Eiff C, Peters G, Heilmann C (2002) Патогенез инфекций, вызванных коагулазонегативными стафилококками.Lancet Infectious Diseases 2: 677–685.
  9. 9. Вергидис П., Патель Р. (2012) Новые подходы к диагностике, профилактике и лечению инфекций, связанных с медицинскими устройствами. Клиники инфекционных заболеваний Северной Америки 26: 173–186.
  10. 10. Дэвис С.П., Арнетт Д., Уоррен М.М. (1982) Ионтофоретическое уничтожение Escherichia coli в статической жидкости и в модельной катетерной системе. Журнал клинической микробиологии 15: 891–894.
  11. 11. Дэвис С. П., Вайнберг С., Андерсон М. Д., Рао Г. М., Уоррен М. М. (1989) Влияние микроампеража, среды и концентрации бактерий на ионтофоретическое уничтожение бактерий в жидкости.Противомикробные агенты и химиотерапия 33: 442–447.
  12. 12. Davis CP, Wagle N, Anderson MD, Warren MM (1992) Ионтофорез создает противомикробный эффект, который сохраняется после прекращения ионтофореза. Противомикробные агенты и химиотерапия 36: 2552–2555.
  13. 13. Blenkinsopp S, Khoury A, Costerton J (1992) Электрическое усиление биоцидной эффективности против биопленок Pseudomonas aeruginosa . Appl Environ Microbiol 58: 3770–3773.
  14. 14. Costerton JW, Ellis B, Lam K, Johnson F, Khoury AE (1994) Механизм электрического повышения эффективности антибиотиков в уничтожении бактерий биопленки.Противомикробные агенты и химиотерапия 38: 2803–2809.
  15. 15. Хури А.Е., Лам К., Эллис Б., Костертон Дж. В. (1992) Профилактика и контроль бактериальных инфекций, связанных с медицинскими устройствами. Журнал ASAIO (Американское общество искусственных внутренних органов: 1992) 38: M174 – M178.
  16. 16. Wellman N, Fortun S, McLeod B (1996) Бактериальные биопленки и биоэлектрический эффект. Антимикробные агенты Chemother 40: 2012–2014.
  17. 17. Jass J, Costerton JW, Lappinscott HM (1995) Влияние электрических токов и тобрамицина на биопленки Pseudomonas aeruginosa .Журнал промышленной микробиологии 15: 234–242.
  18. 18. Jass J, LappinScott HM (1996) Эффективность антибиотиков, усиленная электрическим током, против биопленок Pseudomonas aeruginosa . Журнал антимикробной химиотерапии 38: 987–1000.
  19. 19. McLeod BR, Fortun S, Costerton JW, Stewart PS (1999) Усиленный контроль бактериальной биопленки с использованием электромагнитных полей в сочетании с антибиотиками. Биопленки 310: 656–670.
  20. 20. Стюарт PS, Wattanakaroon W, Goodrum L, Fortun SM, McLeod BR (1999) Электролитическое образование кислорода частично объясняет электрическое усиление эффективности тобрамицина против биопленки Pseudomonas aeruginosa .Противомикробные агенты и химиотерапия 43: 292–296.
  21. 21. Wattanakaroon W, Stewart PS (2000) Электрическое усиление уничтожения биопленки Streptococcus gordonii гентамицином. Архивы оральной биологии 45: 167–171.
  22. 22. дель Посо Дж. Л., Роуз М. С., Мандрекар Дж. Н., Сампедро М. Ф., Стекельберг Дж. М. и др. (2009) Влияние электрического тока на активность противомикробных агентов против Pseudomonas aeruginosa , Staphylococcus aureus и Staphylococcus epidermidis .Противомикробные препараты и химиотерапия 53: 35–40.
  23. 23. Рабинович C, Стюарт PS (2006) Удаление и инактивация биопленок Staphylococcus epidermidis с помощью электролиза. Прикладная и экологическая микробиология 72: 6364–6366.
  24. 24. Лю В.К., Браун MRW, Эллиотт TSJ (1997) Механизмы бактерицидной активности электрического тока низкой силы тока (DC). Журнал антимикробной химиотерапии 39: 687–695.
  25. 25. Stoodley P, deBeer D, LappinScott HM (1997) Влияние электрических полей и pH на структуру биопленки в связи с биоэлектрическим эффектом.Противомикробные агенты и химиотерапия 41: 1876–1879.
  26. 26. Poortinga AT, Smit J, van der Mei HC, Busscher HJ (2001) Десорбция бактерий, вызванная электрическим полем, с субстрата, покрытого кондиционирующей пленкой. Биотехнология и биоинженерия 76: 395–399.
  27. 27. van der Borden AJ, van der Werf H, van der Mei HC, Busscher HJ (2004) Вызванное электрическим током отслоение биопленок Staphylococcus epidermidis из хирургической нержавеющей стали. Прикладная и экологическая микробиология 70: 6871–6874.
  28. 28. Хонг Ш., Чжон Дж., Шим С., Кан Х., Квон С. и др. (2008) Влияние электрических токов на отслоение и инактивацию бактерий. Биотехнология и биоинженерия 100: 379–386.
  29. 29. van der Borden AJ, van der Mei HC, Busscher H (2005) Электрический ток блокировки вызвал отслоение хирургической нержавеющей стали и снизило жизнеспособность Staphylococcus epidermidis . Биоматериалы 26: 6731–6735.
  30. 30. Poortinga AT, Bos R, Busscher HJ (2001) Отсутствие влияния внешнего электрического поля на адгезию бактерий к стеклу.Коллоиды и поверхности B-биоинтерфейсы 20: 189–194.
  31. 31. ASTM E2562–07 (2007) Стандартный метод количественного определения биопленки Pseudomonas aeruginosa , выращенной с высоким сдвигом и непрерывным потоком с использованием биопленочного реактора CDC. Вест Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество испытаний и материалов. DOI: 10.1520 / E2562-07. www.astm.org.
  32. 32. Пинейро Дж., Бейтс Д., Деброй С., Саркар Д., The R Development Core Team (2011) nlme: Linear and Nonlinear Mixed Effects Models.Пакет R версии 3.1–98.
  33. 33. R Development Core Team (2010) R: Язык и среда для статистических вычислений. Вена, Австрия: Фонд R для статистических вычислений. ISBN 3-1-07-0, URL http://www.R-project.org/.
  34. 34. Benjamini Y, Hochberg Y (1995) Контроль ложного обнаружения – практичный и мощный подход к множественному тестированию. Журнал Королевского статистического общества. Серия B-Methodological 57: 289–300.
  35. 35.Бакингем-Мейер К., Герес Д., Гамильтон М. (2007) Сравнительная оценка тестов эффективности дезинфицирующих средств биопленки. J Microbiol Methods 70: 236–244.
  36. 36. Дэвисон В.М., Питтс Б., Стюарт П.С. (2010) Пространственные и временные закономерности биоцидного действия против биопленок Staphylococcus epidermidis . Противомикробные агенты и химиотерапия 54: 2920–2927.
  37. 37. Ueda S, Kuwabara Y (2007) Чувствительность биопленки Escherichia coli , Salmonella enteritidis и Staphylococcus aureus к детергентам и дезинфицирующим средствам.Наука о биологическом контроле 12: 149–153.
  38. 38. Chapman JS (2003) Механизмы устойчивости к биоцидам. Международная организация по биоразложению и биоразложению 51: 133–138.
  39. 39. Брезоник П.Л. (1994) Химическая кинетика и динамика процессов в водных системах. Бока Ратон: Льюис. 754 с.
  40. 40. King CC, Jefferson MM, Thomas EL (1997) Секреция и инактивация миелопероксидазы изолированными нейтрофилами. Журнал биологии лейкоцитов 61: 293–302.
  41. 41.Foote CS, Goyne TE, Lehrer RI (1983) Оценка хлорирования нейтрофилами человека. Nature 301: 715–716.
  42. 42. Sam CH, Lu HK (2009) Роль хлорноватистой кислоты как одного из активных форм кислорода при заболеваниях пародонта. Журнал стоматологических наук 4: 45–54.
  43. 43. Xulu BA, Ashby MT (2010) Мелкомолекулярные, макромолекулярные и клеточные хлорамины реагируют с тиоцианатом с образованием гипотиоцианита, обеспечивающего фактор защиты человека. Биохимия 49: 2068–2074.
  44. 44. Winterbourn CC (2002) Биологическая реактивность и биомаркеры окислителя нейтрофилов, хлорноватистой кислоты. Токсикология 181: 223–227.
  45. 45. Chapman ALP, Hampton MB, Senthilmohan R, Winterbourn CC, Kettle AJ (2002) Хлорирование бактериальных и нейтрофильных белков во время фагоцитоза и уничтожения Staphylococcus aureus . Журнал биологической химии 277: 9757–9762.
  46. 46. del Pozo JL, Rouse MS, Mandrekar JN, Steckelberg JM, Patel R (2009) Электродный эффект: уменьшение биопленок Staphylococcus и Pseudomonas при длительном воздействии электрического тока низкой интенсивности.Противомикробные препараты и химиотерапия 53: 41–45.
  47. 47. Sun J-L, Zhang S-K, Chen J-Y, Han B-Z (2012) Эффективность кислотной и основной электролизованной воды в уничтожении биопленки Staphylococcus aureus . Канадский журнал микробиологии 58: 448–454.
  48. 48. Venkitanarayanan KS, Ezeike GO, Hung YC, Doyle MP (1999) Эффективность электролизованной окисляющей воды для инактивации Escherichia coli O157: H7, Salmonella enteritidis и Listeria monocytogenes .Прикладная и экологическая микробиология 65: 4276–4279.
  49. 49. Ли XY, Diao HF, Fan FXJ, Gu JD, Ding F и др. (2004) Электрохимическая дезинфекция сточных вод: определение основных бактерицидных действий. Журнал экологической инженерии-Asce 130: 1217–1221.
  50. 50. Бергер Т.Дж., Спадаро Дж.А., Бирман Р., Чапин С.Е., Беккер Р.О. (1976) Противогрибковые свойства электрически генерируемых ионов металлов. Противомикробные агенты и химиотерапия 10: 856–860.
  51. 51.Бергер Т.Дж., Спадаро Дж.А., Чапин С.Е., Беккер Р.О. (1976) Электрически генерируемые ионы серебра – количественное влияние на клетки бактерий и млекопитающих. Противомикробные агенты и химиотерапия 9: 357–358.
  52. 52. Shieldliff M, Bargmeyer A, Camper A (2005) Оценка способности биоэлектрического эффекта устранять биопленки смешанных видов. Appl Environ Microbiol 71: 6379–6382.
  53. 53. van der Borden AJ, van der Mei HC, Busscher HJ (2004) Вызванное электрическим током отслоение штаммов Staphylococcus epidermidis из хирургической нержавеющей стали.Журнал исследований биомедицинских материалов. Часть B – Прикладные биоматериалы 68B: 160–164.
  54. 54. ван дер Борден AJ, Maathuis PGM, Engels E, Rakhorst G, van der Mei HC, et al. (2007) Профилактика инфекции тракта штифта в рамах внешнего фиксатора из нержавеющей стали с помощью электрического тока на модели козы. Биоматериалы 28: 2122–2126.
  55. 55. Secinti KD, Ayten M, Kahilogullari G, Kaygusuz G, Ugur HC, et al. (2008) Антибактериальные эффекты электрически активированных имплантатов позвонков.Журнал клинической неврологии 15: 434–439.
  56. 56. Del Pozo JL, Rouse MS, Euba G, Kang C-I, Mandrekar JN, et al. (2009) Электродный эффект активен в экспериментальной модели Staphylococcus epidermidis хронического остеомиелита, вызванного инородным телом. Противомикробные препараты и химиотерапия 53: 41–45.

Электротравма: Медицинская энциклопедия MedlinePlus

1. Если вы можете сделать это безопасно, отключите электрический ток.Отсоедините шнур, выньте предохранитель из блока предохранителей или выключите автоматические выключатели. Простое выключение прибора НЕ может прекратить подачу электричества. НЕ пытайтесь спасти человека вблизи активных высоковольтных линий.

2. Позвоните в местный номер службы экстренной помощи, например 911.

3. Если невозможно отключить ток, используйте непроводящий предмет, например, метлу, стул, коврик или резиновый коврик для двери, чтобы толкнуть его. человек вдали от источника тока. Не используйте мокрые или металлические предметы.По возможности встаньте на что-нибудь сухое, не проводящее электричество, например на резиновый коврик или сложенные газеты.

4. Как только человек отойдет от источника электричества, проверьте его дыхательные пути, дыхание и пульс. Если какой-либо из них остановился или кажется опасно медленным или неглубоким, начните оказание первой помощи.

5. СЛР следует начинать, если человек без сознания и вы не чувствуете пульса. Выполните искусственное дыхание человеку, который находится без сознания и не дышит или дышит неэффективно.

6. Если человек получил ожог, снимите легко снимающуюся одежду и промойте обожженный участок в прохладной проточной воде, пока боль не утихнет. Окажите первую помощь при ожогах.

7. Если человек потерял сознание, бледен или проявляет другие признаки шока, положите его так, чтобы голова была немного ниже туловища, а ноги были приподняты, и накройте его или ее теплым одеялом или одеялом. Пальто.

8. Оставайтесь с пациентом до прибытия медицинской помощи.

9. Электрические травмы часто связаны со взрывами или падениями, которые могут вызвать дополнительные серьезные травмы.Возможно, вы не сможете заметить их все. Не двигайте головой или шеей человека, если можно повредить позвоночник.

10. Если вы пассажир в транспортном средстве, на которое попала линия электропередачи, оставайтесь в нем до прибытия помощи, если только не начался пожар. При необходимости попытайтесь выпрыгнуть из транспортного средства, чтобы не поддерживать с ним контакт, при этом не касаясь земли.

Как работает пьезоэлектричество | ОРЕЛ

Пьезо что? Кажется, это сложно понять, но это легко понять.Слово пьезоэлектрический происходит от греческого слова piezein, что буквально означает сжимать или давить. Вместо того чтобы сжимать виноград, чтобы сделать вино, мы сжимаем кристаллы, чтобы создать электрический ток! Пьезоэлектричество встречается в тоннах повседневных электронных устройств, от кварцевых часов до динамиков и микрофонов. В двух словах:

Пьезоэлектричество – это процесс использования кристаллов для преобразования механической энергии в электрическую или наоборот.

Обычные кристаллы характеризуются своей организованной и повторяющейся структурой атомов, которые удерживаются вместе связями, это называется элементарной ячейкой.Большинство кристаллов, таких как железо, имеют симметричную элементарную ячейку, что делает их бесполезными для пьезоэлектрических целей.

( Источник изображения )

Есть и другие кристаллы, которые объединяются в пьезоэлектрических материалов . Структура этих кристаллов несимметрична, но они все еще находятся в электрически нейтральном балансе. Однако, если вы приложите механическое давление к пьезоэлектрическому кристаллу, структура деформируется, атомы будут выталкиваться, и внезапно вы получите кристалл, который может проводить электрический ток.Если взять тот же пьезоэлектрический кристалл и подать на него электрический ток, кристалл будет расширяться и сжиматься, преобразовывая электрическую энергию в механическую.

( Источник изображения )

Типы пьезоэлектрических материалов

Существуют различные пьезоэлектрические материалы, которые могут проводить электрический ток, как искусственный, так и естественный. Самый известный и первый пьезоэлектрический материал, используемый в электронных устройствах, – это кристалл кварца.Другие природные пьезоэлектрические материалы включают тростниковый сахар, соль Рошель, топаз, турмалин и даже кость.

Кристалл кварца. ( Источник изображения )

Поскольку пьезоэлектрические технологии начали развиваться после Первой мировой войны, мы начали разработку искусственных материалов, которые по своим характеристикам не уступали кварцу. К искусственным пьезоэлектрическим материалам относятся:

PZT изготовлен из цирконата-титаната свинца и может производить большее напряжение, чем кварц, при том же механическом давлении.

Пьезокерамика PZT, используемая в ультразвуковых датчиках. ( Источник изображения )

Титанат бария – керамический пьезоэлектрический материал, который был открыт во время Второй мировой войны и известен своей долговечностью.

Титанат бария. ( Источник изображения )

Ниобат лития – это материал, который сочетает в себе кислород, литий и нобий в керамическом материале, который по своим характеристикам аналогичен титанату бария.

Ниобат лития. ( Источник изображения )

Как работает пьезоэлектричество

У нас есть специальные материалы, которые подходят для пьезоэлектричества, но как именно работает этот процесс? С пьезоэлектрическим эффектом. Самая уникальная черта этого эффекта в том, что он работает двумя способами. Вы можете приложить механическую или электрическую энергию к тому же пьезоэлектрическому материалу и получить противоположный результат.

Приложение механической энергии к кристаллу называется прямым пьезоэлектрическим эффектом и работает следующим образом:

  1. Пьезоэлектрический кристалл помещен между двумя металлическими пластинами.На этом этапе материал находится в идеальном балансе и не проводит электрический ток.
  2. Затем к материалу прикладывается механическое давление металлическими пластинами, которое нарушает баланс электрических зарядов внутри кристалла. На противоположных сторонах грани кристалла появляются избыточные отрицательные и положительные заряды.
  3. Металлическая пластина собирает эти заряды, которые можно использовать для создания напряжения и передачи электрического тока через цепь.

( Источник изображения )

Вот и все, простое приложение механического давления, сжатие кристалла, и внезапно у вас есть электрический ток.Вы также можете сделать обратное, подав электрический сигнал на материал в виде обратного пьезоэлектрического эффекта . Работает так:

  1. В той же ситуации, что и в примере выше, у нас есть пьезоэлектрический кристалл, расположенный между двумя металлическими пластинами. Структура кристалла идеально сбалансирована.
  2. Затем к кристаллу прикладывается электрическая энергия, которая сжимается и расширяет структуру кристалла.
  3. По мере того, как структура кристалла расширяется и сжимается, он преобразует полученную электрическую энергию и высвобождает механическую энергию в виде звуковой волны.

( Источник изображения )

Обратный пьезоэлектрический эффект используется во множестве приложений. Возьмем, к примеру, динамик, который подает напряжение на пьезоэлектрическую керамику, заставляя материал вибрировать в воздухе в виде звуковых волн.

Открытие пьезоэлектричества

Пьезоэлектричество было впервые открыто в 1880 году двумя братьями и французскими учеными, Жаком и Пьером Кюри. Экспериментируя с множеством кристаллов, они обнаружили, что приложение механического давления к определенным кристаллам, таким как кварц, высвобождает электрический заряд.Они назвали это пьезоэлектрическим эффектом.

Пьер Кюри с женой Марией в своей лаборатории. ( Источник изображения )

В следующие 30 лет пьезоэлектричество использовалось в основном для лабораторных экспериментов и дальнейшего совершенствования. Только в Первой мировой войне пьезоэлектричество использовалось для практических применений в гидролокаторах. Сонар работает путем подключения напряжения к пьезоэлектрическому передатчику. Это обратный пьезоэлектрический эффект, который преобразует электрическую энергию в механические звуковые волны.

( Источник изображения )

Звуковые волны проходят через воду, пока не ударяются о предмет. Затем они возвращаются к исходному приемнику. Этот приемник использует прямой пьезоэлектрический эффект для преобразования звуковых волн в электрическое напряжение, которое затем может обрабатываться устройством обработки сигнала. Используя время между уходом сигнала и его возвратом, можно легко рассчитать расстояние до объекта под водой.

С успехом сонара пьезоэлектричество привлекло внимание военных.Вторая мировая война продвинула технологию еще дальше, поскольку исследователи из США, России и Японии работали над созданием новых искусственных пьезоэлектрических материалов, называемых сегнетоэлектриками. Это исследование привело к созданию двух искусственных материалов, которые используются наряду с кристаллами природного кварца, титанатом бария и титанатом цирконата свинца.

Пьезоэлектричество сегодня

В современном мире электроники пьезоэлектричество используется повсеместно. Когда вы спрашиваете Google, как пройти к новому ресторану, в микрофоне используется пьезоэлектричество.В Токио есть даже метро, ​​которое использует силу человеческих шагов для питания пьезоэлектрических структур в земле. Пьезоэлектричество используется в следующих электронных приложениях:

Приводы

Приводы

используют пьезоэлектричество для питания устройств, таких как вязальные машины и машины Брайля, видеокамеры и смартфоны. В этой системе металлическая пластина и исполнительное устройство скрепляют вместе пьезоэлектрический материал. Затем к пьезоэлектрическому материалу прикладывается напряжение, которое расширяется и сжимается.Это движение также заставляет привод двигаться.

( Источник изображения )

Динамики и зуммеры

В динамиках

пьезоэлектричество используется для питания таких устройств, как будильники и других небольших механических устройств, для которых требуется высокое качество звука. Эти системы используют обратный пьезоэлектрический эффект путем преобразования звукового сигнала напряжения в механическую энергию в виде звуковых волн.

( Источник изображения )

Драйверы

Драйверы

преобразуют низковольтную батарею в более высокое напряжение, которое затем можно использовать для управления пьезоустройством.Этот процесс усиления начинается с генератора, который выдает синусоидальные волны меньшего размера. Эти синусоидальные волны затем усиливаются пьезоусилителем.

( Источник изображения )

Датчики

Датчики

используются в различных приложениях, таких как микрофоны, гитары с усилителями и медицинское оборудование для визуализации. В этих устройствах используется пьезоэлектрический микрофон для обнаружения изменений давления в звуковых волнах, которые затем могут быть преобразованы в электрический сигнал для обработки.

( Источник изображения )

Мощность

Одно из самых простых применений пьезоэлектричества – это прикуриватель. Нажатие кнопки зажигалки выпускает подпружиненный молоток в пьезоэлектрический кристалл. Это создает электрический ток, который проходит через искровой промежуток, нагревая и воспламеняя газ. Эта же пьезоэлектрическая система используется в больших газовых горелках и плитах духовок.

( Источник изображения )

Двигатели

Пьезоэлектрические кристаллы идеально подходят для приложений, требующих высокой точности, таких как движение двигателя.В этих устройствах пьезоэлектрический материал получает электрический сигнал, который затем преобразуется в механическую энергию, чтобы заставить керамическую пластину двигаться.

( Источник изображения )

Пьезоэлектричество и будущее

Что ждет пьезоэлектричество в будущем? Возможностей предостаточно. Одна популярная идея, которую выдвигают изобретатели, – это использование пьезоэлектричества для сбора энергии. Представьте себе, что в вашем смартфоне есть пьезоэлектрические устройства, которые можно активировать простым движением вашего тела, чтобы они оставались заряженными.

Если задуматься немного шире, то под тротуаром можно также встроить пьезоэлектрическую систему, которая может приводиться в действие колесами проезжающих автомобилей. Эту энергию затем можно было использовать для светофоров и других близлежащих устройств. Добавьте к этому дорогу, заполненную электромобилями, и вы окажетесь в чистой положительной энергетической ситуации.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *