Aktuelle Quellen und Senken - Wikipedia

Aktuelle Quellen und Senken sind Analyseformalismen, die Punkte, Bereiche oder Volumina unterscheiden, durch die der Strom in ein System ein- oder austritt. Aktuelle Quellen oder Senken sind zwar abstrakte Elemente für die Analyse, sie haben jedoch in realen Anwendungen im Allgemeinen physische Entsprechungen. z.B. die Anode oder Kathode in einer Batterie. In allen Fällen kann sich jeder der entgegengesetzten Begriffe (Quelle oder Senke) auf dasselbe Objekt beziehen, abhängig von der Perspektive des Beobachters und der verwendeten Zeichenkonvention. Es gibt keinen wesentlichen Unterschied zwischen einer Quelle und einer Senke.

In einigen Fällen bezieht sich der Begriff Stromquelle auf eine Grenze, an der Ladung von Orten fließt, an denen sie nicht gemessen wird, an Orte, an denen sie gemessen wird. In ähnlicher Weise kann sich eine Stromsenke auf die Grenze beziehen, wo Ladung von Orten, an denen sie gemessen wird, zu Orten fließt, an denen sie nicht gemessen wird. In Analogie zum Wasserfluss wäre eine Stromquelle wie ein Bergquellwasser - Wasser fließt von seiner Quelle (einem verborgenen Ort unter der Erde) zur Oberfläche, wo es leicht zu beobachten ist. Nach derselben Analogie wäre eine Stromsenke wie Wasser, das von einem Abfluss abfließt - Wasser fließt von dort aus, wo es beobachtet wird, wo es nicht beobachtet wird.

Zwei-Kompartiment-Modell, das die Definition einer Stromsenke gegenüber einer Quelle veranschaulicht.

Rechts ist ein allgemeines Zwei-Kompartiment-Modell gezeigt, das die Definition von Stromquellen oder -senken veranschaulicht. Bei diesem Modell mit zwei Abteilen sind die Abteile durch eine halbleitende Barriere (grau) getrennt. Ein vom Auge symbolisierter Beobachter kann jeweils nur ein Abteil "sehen". Rote Pfeile zeigen die Fließrichtung der positiven Ladungen an, während schwarze Pfeile die Fließrichtung der negativen Ladungen anzeigen. Die rosa und grünen Hintergründe sollen unterschiedliche Konfigurationen symbolisieren, Konfiguration 1, wenn Ladungen in eine Richtung fließen, und Konfiguration 2, wenn sie in die entgegengesetzte Richtung fließen. Der Unterschied zwischen dem linken und dem rechten Feld ist einfach die Position des "Auges".

Eine Quelle oder Senke wird definiert, von welcher Abteilung der Betrachter sehen kann.

• Eine Quelle ist:
  
  • Ein Fluss positiver Ladungen vom "unsichtbaren" zum "sichtbaren" Bereich (dh in Richtung Auge) oder ...
  
  
  • Ein Fluss negativer Ladungen vom "sichtbaren" zum "unsichtbaren" (weg vom eye).


• Eine Spüle ist:
  
  • Ein Fluss positiver Ladungen "vom Auge weg" oder ...
  
  
  • Ein Fluss negativer Ladungen "in Richtung Auge".

In der Biologie könnte die schematische Barriere in der Figur eine Zellmembran darstellen Infolgedessen könnten die beiden Kompartimente das Innere und das Äußere der Zelle darstellen. Im Allgemeinen würde der Beobachtungspunkt außerhalb der Zelle liegen. Somit würde die Zelle in Bezug auf jeden Fluss positiver Ladungen in sie als Senke bezeichnet werden, und die Zelle würde als Quelle für aus ihr herausfließende positive Ladungen wirken. Beachten Sie, dass bei der Berücksichtigung des Flusses negativer Ladungen die Definitionen umgekehrt werden.

Aktuelle Quellen und Senken in der Neurobiologie [ edit ]

Aktuelle Quellen und Senken haben sich bei der Untersuchung der Gehirnfunktion als sehr wertvoll erwiesen. Beide sind in der Elektrophysiologie von besonderer Bedeutung. Zwei Beispiele für die Untersuchung von Quellen und Senken sind Elektroenzephalographie (EEG) und Stromquellendichteanalyse (extrazelluläre Feldpotentiale), sie haben jedoch auch Verbesserungen in der räumlich-zeitlichen Auflösung von EEG gezeigt ^[1].

Stromquellendichteanalyse [ edit ]

Stromquellendichteanalyse ^[2] (die genauer als Stromquellen- und Sinkendichteanalyse bezeichnet werden könnte) ist die Praxis, eine Mikroelektrode anzuordnen in der Nähe eines Nervs oder einer Nervenzelle, um den Stromfluss aus ihren Plasmamembranen zu erkennen oder in diesen zu sinken. Wenn positive Ladungen beispielsweise schnell über eine Plasmamembran in das Innere einer Zelle (Senke) fließen, entsteht eine vorübergehende Negativwolke in der Nähe der Senke. Dies liegt daran, dass der Fluss positiver Ladungen in das Innere der Zelle nicht kompensierte negative Ladungen hinterlässt. Eine nahegelegene Mikroelektrode mit beträchtlichem Spitzenwiderstand (in der Größenordnung von 1 MΩ) kann diese Negativität feststellen, da sich an der Spitze der Elektrode eine Spannungsdifferenz entwickelt (zwischen der Negativität außerhalb der Elektrode und der elektroneutralen Umgebung innerhalb der Elektrode). Anders ausgedrückt: Die interne Lösung der Elektrode spendet einen Teil der positiven Ladung, die zum Ausgleich der durch die Stromsenke verursachten Negativität erforderlich ist. So wird das Innere der Elektrode für die Dauer der extrazellulären Negativität relativ zur Masse negativ. Die extrazelluläre Negativität bleibt bestehen, solange die Stromsenke vorhanden ist. Durch Messen einer Negativität gegenüber Masse meldet die Elektrode somit indirekt das Vorhandensein einer nahegelegenen Stromsenke. Die Größe der aufgezeichneten Negativität variiert direkt mit der Größe der Stromsenke und umgekehrt mit dem Abstand zwischen der Elektrode und der Senke.

Die Beziehung zwischen der Summe der Stromquellen und -senken und der von der Mikroelektrodensonde gemessenen Spannung kann analytisch berechnet werden, wenn davon ausgegangen wird, dass die quasistatische Annahme gilt, dass das Medium sphärisch symmetrisch, homogen, isotrop und isotrop ist unendlich, und wenn die aktuelle Quelle oder Senke als Punktquelle modelliert wird. ^[3] Die Beziehung ist gegeben durch:

${\displaystyle \mathrm{19\; <!--\; \Phi \; -->}(r)=\frac{I}{4\mathrm{\pi \; <!--\; \pi \; -->}r\mathrm{\sigma \; <!--\; \sigma \; -->}}}$

wobei ${ displaystyle Phi }$ ist das Potential bei Radius ${ displaystyle r}$ aus der Quelle oder Senke, die Strom durchläuft ${ displaystyle I}$ durch ein Medium mit Leitfähigkeit ${ displaystyle sigma}$.

Siehe auch [ edit ]

Referenzen [ edit ]

1. ^ Wong, A. S.W .; Cooper, P. S .; Conley, A. C .; McKewen, M .; Fulham, W. R .; Michie, P. T .; Karayanidis, F. (2018). "Eventbezogene potenzielle Antworten auf die Taskumschaltung sind empfindlich für die Wahl des räumlichen Filters". Frontiers in Neuroscience . 12 : 143. doi: 10.3389 / fnins.2018.00143.
   


2. ^ Nicholson, C; Freeman, JA (1975). "Theorie der Stromquellendichteanalyse und Bestimmung des Leitfähigkeitstensors für Anuran cerebellum". Journal of Neurophysiology . 38 : 356–68. PMID 805215.
   


3. ^ Plonsey; Collins (1961). Grundlagen und Anwendungen elektromagnetischer Felder .