Information

Induktivität in Zelle

Induktivität in Zelle



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

In einer tierischen Zelle, insbesondere einem Neuron und insbesondere seinem Axon, gibt es zwar in der Zelle einen elektrischen Widerstands- und Kapazitätsmechanismus, die im kabeltheoretischen Modell der neuronalen Aktionspotentialübertragung eine wesentliche Rolle spielen, aber es gibt einen prominenten Selbstinduktionsmechanismus im Sinne des Elektromagnetismus?


Was man denkt, so intuitiv es auch erscheinen mag, ist in der Wissenschaft nicht besonders relevant. Die mit einem neuronalen Axon verbundene Induktivität ist seit Cole (1966) gut dokumentiert. Seine Rolle bei der Ausbreitung neuronaler Signale wird ausführlich in http://neuronresearch.net/hearing/pdf/7Projection.pdf#page=39 beschrieben. Die eigentliche Entwicklung beginnt früher in Abschnitt 7.4 auf Seite 322 dieses Dokuments.
Die Nichtberücksichtigung der Induktivität eines elektrischen Wechselsignals, das über ein Koaxialkabel geleitet wird, führt zu einer Katastrophe. Das erste Seekabel nach den Ideen von William Thompson, Lord Kelvin und von Hermann als RC-Kabel beschrieben (Seite 322 im obigen Dokument) war eine technische und finanzielle Katastrophe. Zwei Jahre später wurde mit großem Erfolg ein anspruchsvolleres RLC-Kabel basierend auf den Maxwell-Gleichungen für eine koaxiale Struktur verlegt. In der Praxis wurde seit dieser Zeit kein RC-Kabel mehr verwendet. Aus unbekannten Gründen versucht die biologische Gemeinschaft immer wieder, die Induktivität des koaxialen myelinisierten Axons zu ignorieren (was zu lächerlichen Modellierungsdaten führt). Dies scheint das Ergebnis von Einführungskursen in Elektrizität für Nicht-Ingenieure zu sein, die versuchen, die notwendige Mathematik zu vermeiden, um die elektromagnetische Signalausbreitung durch den Raum und entlang verschiedener Arten von Kabeln und Wellenleitern zu verstehen.


Es gibt sicherlich Induktivität in Neuronen. Diese Induktivität wird durch zwei verschiedene Mechanismen eingeführt. 1. Die Spulenstruktur von Myelinhüllen kann eine echte elektrische Induktivität einführen. Der solide Beweis dafür sind die entgegengesetzten spiralförmigen Richtungen zwischen den benachbarten Myelinscheiden.

Hier zitiere ich die Beschreibung auf Wikipedia:An der Verbindungsstelle zweier Schwann-Zellen entlang eines Axons sind die Richtungen des lamellaren Überhangs der Myelinendigungen entgegengesetzt. Sie können die Details auch in diesem Papier überprüfen: Uzmman B. G.; Nogueira-Graf G. (1957). „Elektronenmikroskopische Untersuchungen der Bildung von Ranvier-Knoten in Ischiasnerven der Maus“. Zeitschrift für biophysikalische und biochemische Zytologie. 3 (4): 589-597. doi:10.1083/jcb.3.4.589

Die entgegengesetzten spiralförmigen Richtungen können eine positive gegenseitige Induktivität zwischen benachbarten Myelinhüllen einführen und dann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des neuronalen Signals weiter erhöhen. Inzwischen lässt sich leicht vorhersagen, dass der myelinisierte Nerv aufgrund dieses Spuleninduktors durch ein Magnetfeld stimuliert werden kann. Aufgrund dieser gegenläufigen Spiralrichtung wird das Stimulationsergebnis durch den räumlichen Gradienten des Magnetfeldes bestimmt. Dieses Phänomen wurde seit Jahren validiert und kann jetzt leicht verstanden werden.

  1. Der piezoelektrische Effekt der Plasmamembran. Wenn Sie die molekulare Struktur der Lipiddoppelschicht der Plasmamembran überprüfen, werden Sie feststellen, dass es sich von Natur aus um eine piezoelektrische Schicht handelt. Die Definition der piezoelektrischen Schicht ist eine Schicht aus zwei Kristallschichten mit entgegengesetzten Polaritäten, die genau der Lipiddoppelschicht entspricht. Die Ersatzschaltung dieser piezoelektrischen Schicht wird eine RLC-Schaltung sein, die eine Ersatzinduktivität enthält. Da es sich bei der Induktivität nicht um eine echte Induktivität handelt, wird der Wert nur zur Anpassung an die mechanische Resonanzfrequenz verwendet. Wenn die mechanische Resonanzfrequenz sehr niedrig ist, was bei einer weichen und dünnen Plasmamembran der Fall ist, wird diese Induktivität sehr groß. Aus diesem Grund beträgt diese Induktivität in Coles Arbeit zur Messung des Tintenfischaxons 0,2H. Dann sollte als direkte Vorhersage eine mechanische Welle mit dem elektrischen Signal des Aktionspotentials einhergehen. Diese mechanische Welle wurde in diesem Artikel gemessen: Gonzalez-Perez, A., Mosgaard, LD, Budvytyte, R., Villagran-Vargas, E., Jackson, AD und Heimburg, T., 2016. Solitäre elektromechanische Impulse in Hummerneuronen . Biophysikalische Chemie, 216, S. 51-59.

Ich denke, hier gebe ich bereits eine umfassende Antwort auf diese Frage. Alle Details finden Sie in diesem Papier auf bioRix: https://www.biorxiv.org/content/early/2018/10/22/343905

Hier mag ich noch etwas sagen, aber diese Dinge werden die meisten Leute in den Neurowissenschaften unglücklich machen. Wenn diese durch die Spulenstruktur des Myelins und den piezoelektrischen Effekt eingeführte Induktivität wahr ist, dann liegt die gesamte Neurowissenschaft vom ersten Tag an falsch. Das HH-Modell basiert auf einer RC-Schaltung und so viele Leute haben ihre Theorien und Modelle auf der Grundlage entwickelt dieses HH-Modell. Aber lächerlicherweise behauptet jeder, sein Modell oder seine Theorie sei richtig und kann die Daten erklären, wenn die Basis falsch ist. Ich habe so viele absurde Erklärungen gesehen, um diese Induktivität zu umgehen, wie den frequenzabhängigen Kondensator, die virtuelle Kathode, den negativen Widerstand und sogar den negativen Kondensator. Und tatsächlich beginnen immer mehr Menschen zu erkennen, dass die sogenannte Neurowissenschaft ein völliger Misserfolg ist. Sie können auf der Homepage von Neuralink (https://neuralink.com/) sehen, dass sie offiziell behaupten, dass sie keine neurowissenschaftlichen Erfahrungen benötigen, Zitat hier:Es ist keine neurowissenschaftliche Erfahrung erforderlich Außerdem gibt es viele Gruppen, die heute nur noch Deep Learning oder maschinelles Lernen verwenden, um Neuronen zu untersuchen.


Induktivität in der Zelle - Biologie

Alle von MDPI veröffentlichten Artikel werden sofort weltweit unter einer Open-Access-Lizenz verfügbar gemacht. Für die Wiederverwendung des gesamten oder eines Teils des von MDPI veröffentlichten Artikels, einschließlich Abbildungen und Tabellen, ist keine besondere Genehmigung erforderlich. Bei Artikeln, die unter einer Open-Access-Creative Common CC BY-Lizenz veröffentlicht wurden, darf jeder Teil des Artikels ohne Genehmigung wiederverwendet werden, sofern der Originalartikel eindeutig zitiert wird.

Feature Papers stellen die fortschrittlichste Forschung mit erheblichem Potenzial für eine große Wirkung auf diesem Gebiet dar. Feature Papers werden auf individuelle Einladung oder Empfehlung der wissenschaftlichen Herausgeber eingereicht und vor der Veröffentlichung einem Peer Review unterzogen.

Das Feature Paper kann entweder ein origineller Forschungsartikel, eine umfangreiche neue Forschungsstudie sein, die oft mehrere Techniken oder Ansätze umfasst, oder ein umfassendes Übersichtspapier mit prägnanten und präzisen Updates zu den neuesten Fortschritten auf diesem Gebiet, das die aufregendsten Fortschritte in der Wissenschaft systematisch überprüft Literatur. Diese Art von Papier gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsrichtungen oder mögliche Anwendungen.

Editor’s Choice-Artikel basieren auf Empfehlungen der wissenschaftlichen Herausgeber von MDPI-Zeitschriften aus der ganzen Welt. Die Herausgeber wählen eine kleine Anzahl von kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Artikeln aus, die ihrer Meinung nach für Autoren besonders interessant oder in diesem Bereich wichtig sind. Ziel ist es, eine Momentaufnahme einiger der spannendsten Arbeiten zu geben, die in den verschiedenen Forschungsbereichen der Zeitschrift veröffentlicht wurden.


Induktivität in der Zelle - Biologie

In der Elektrizität gibt es zwei Formen der Induktivität. Gegeninduktivität und Selbstinduktivität.

Gegeninduktivität ist das, was in einem Transformator passiert. Bei Stromänderung in einem Öl entsteht ein Strom in einer anderen Spule. Die Einheit der Gegeninduktivität ist Henry (H)

Die Änderung des Magnetfelds ist proportional zum Strom.

Das heißt φ / I ist eine Konstante (M) Also φ = m X i.

Wir wissen, dass Volt = Flussänderung / Zeit ist. Das ist V = N x Δ φ / Δ t .

Einsetzen des Wertes von φ im obigen erhalten wir:- V = M. Δ ich / Δ t .

Induktivitäten werden verwendet, um Radioschaltungen abzustimmen, unerwünschtes Rauschen herauszufiltern und in verschiedenen anderen elektronischen Schaltungen.

Die Änderungsrate des magnetischen Flusses ist proportional zur Spannung des induzierten Stroms

Die Richtung des induzierten Stroms bewirkt, dass eine Kraft der Änderung entgegenwirkt, die ihn verursacht hat.

Der Primärstrom steigt in 2,5 s von Null auf 0,8 A. Die Sekundärspulenspannung betrug 1,2 V.

Rate des steigenden Stroms.I/t

Die Zeit, die benötigt wird, um mit einer Geschwindigkeit von 0,2 A/s auf Null zu fallen.

Die induzierte Spannung während des Abfalls.

Induktor und Selbstinduktion. .

Ein Induktor kann einfach eine Drahtspule sein, an der mehrere an einen Stromkreis angeschlossen sind. Wenn ein Strom durchgelassen wird, entwickelt er ein starkes Magnetfeld. Nach dem Faradayschen Gesetz wird beim Aufbau des Stroms bei einer Änderung des magnetischen Flusses ein Strom induziert. Nach dem Lenz-Gesetz verläuft der induzierte Strom in die entgegengesetzte Richtung zu dem Strom, der die Änderung verursacht hat. Daher wird dies manchmal als Gegen-EMK bezeichnet.

Beim Laden der Induktivität muss die Gleichung V= ir modifiziert werden als

Versorgungsspannung - Induktorspannung = ir.

Dies kann geschrieben werden als V s - V L = ir

Laden und Entladen eines Induktors.

Wenn der Stromkreis eingeschaltet ist, leuchtet die Glühbirne hell und wird schwach. Beim Ausschalten wird die Glühbirne dann wieder hell und erlischt.

Lassen Sie uns die folgenden Daten für eine Berechnung verwenden:

Normalwiderstand des Stromkreises = 0,3 .

Zeit, die benötigt wird, um den Strom konstant zu halten = 0,2 Sekunden.

Berechnen des Dauerstroms im Stromkreis

Mit V - ir erhalten wir 1,5 = i x 0,3

i = 1,5 / 0,3 = 5,0 A . (Ampere)

Induzierte Spannung im Widerstand

Bei fehlendem Versorgungsstrom kann dies einen Strom von I= v/r . ergeben

Dies ist der Grund dafür, dass die Glühbirne beim Ein- und Ausschalten hell ist.

In einem Induktor gespeicherte Energie

Die Grundmaßeinheit für Induktivität ist Henry, ( H )

Sie kann auch als Webers pro Ampere ( 1 H = 1 Wb/A ) angegeben werden.

a. Finden Sie die induzierte Spannung, wenn ein Strom von 5 A in einer Induktivität von 3 H. in 0,2 Sekunden auf Null reduziert wird.

B. Finden Sie die im Kondensator gespeicherte Energie.

b) Energie = ½ L x 5 x 5 = 0,5 x 3 x 5 x 5 = 37,5

Dabei sind der Induktor und das Widerstandssymbol in einem Rechteck eingeschlossen. Das zeigt, dass es der Widerstand der Spule ist.


Invariante Abhebeinduktivität von Stählen in der Mehrfrequenz-Wirbelstromprüfung

Zitieren: Lu, M. Meng, X. Huang, R. Chen, L. Peyton, A. Yin, W. Invariante Abhebeinduktivität von Stählen in Mehrfrequenz-Wirbelstromprüfungen. Vordrucke 2021, 2021040387 (doi: 10.20944/preprints202104.0387.v2). Lu, M. Meng, X. Huang, R. Chen, L. Peyton, A. Yin, W. Invariante Abhebeinduktivität von Stählen in Mehrfrequenz-Wirbelstromprüfungen. Preprints 2021, 2021040387 (doi: 10.20944/preprints202104.0387.v2). Kopieren

Zitieren als:

Lu, M. Meng, X. Huang, R. Chen, L. Peyton, A. Yin, W. Invariante Abhebeinduktivität von Stählen in Mehrfrequenz-Wirbelstromprüfungen. Vordrucke 2021, 2021040387 (doi: 10.20944/preprints202104.0387.v2). Lu, M. Meng, X. Huang, R. Chen, L. Peyton, A. Yin, W. Invariante Abhebeinduktivität von Stählen in Mehrfrequenz-Wirbelstromprüfungen. Preprints 2021, 2021040387 (doi: 10.20944/preprints202104.0387.v2). Kopieren


Kapitel 1. Wie ist die Induktivität zu verstehen?

Der Hauptzweck dieses Abschnitts besteht darin, biologischen Forschern, die normalerweise keinen wesentlichen physikalischen Hintergrund haben, ein tiefes Verständnis der Natur der Induktivität zu vermitteln. Dies wird für die Veranschaulichung und das Verständnis der gesamten in dieser Studie vorgeschlagenen Theorie von Vorteil sein.

Die Natur eines Induktors

In einer tatsächlichen Schaltung ist eine Induktivität ein elektronisches Bauteil zum Speichern von Energie in Form eines Magnetfelds. In den meisten Fällen untersuchen biologische Forscher jedoch keinen tatsächlichen Schaltkreis, sondern einen äquivalenten Schaltkreis, der von einem biologischen Gewebe oder Organismus modelliert wird, beispielsweise einem äquivalenten neuronalen Schaltkreis. In dieser Art von Ersatzschaltbild ist eine Induktivität keine eigentliche Einheit, sondern ein Symbol für die Reproduktion der in elektrophysiologischen Tests gemessenen Spannungsschwingung und Resonanzfrequenz. Da die Spannungsoszillation und die Resonanzfrequenz die typischen Eigenschaften einer RLC-Schaltung sind, wird das Hinzufügen einer Induktivität in der Ersatzschaltung unvermeidlich.

Die eigentlichen bei Tests zu beobachtenden Phänomene sind jedoch die Spannungsschwingung und die Resonanzfrequenz, die nicht direkt mit der Existenz einer Induktivität im Ersatzschaltbild verbunden sind. Es gibt viele Fälle, in denen Schwingungen und Resonanzfrequenzen ohne das Vorhandensein einer Induktivität erzeugt werden können. Ein Beispiel ist ein einfaches Pendel, wie in Abbildung 1A gezeigt. Ein weiteres Beispiel ist der eindimensionale harmonische Oszillator, wie in 1B gezeigt. In diesen beiden Fällen ist kein Induktor vorhanden, aber die Oszillations- und Resonanzfrequenz existiert. Ein System mit einfacher harmonischer Bewegung kann immer als RLC-Schaltung modelliert werden, wie in Abbildung 1C gezeigt. Hier müssen wir zwei Punkte hervorheben, die für die Theorie in dieser Studie entscheidend sind:

Illustration der Natur der Induktivität. (EIN) Der Fall eines einfachen Pendels (B) Der Fall des eindimensionalen harmonischen Oszillators (C) Ein System mit einfacher harmonischer Bewegung kann immer als RLC-Kreis modelliert werden (D) Die beobachtete Spannungsschwingung und Resonanzfrequenz in allen Systemen mit einfacher harmonischer Bewegung.

Der Grund für die Schwingungs- und Resonanzfrequenz liegt darin, dass die Gesamtenergie des Gesamtsystems eine Umwandlung zwischen verschiedenen Energieformen hat. Beim einfachen Pendel liegt die Energieumwandlung zwischen der potentiellen Gravitationsenergie und der kinetischen Energie. Beim eindimensionalen harmonischen Oszillator liegt die Energieumwandlung zwischen der elastischen potentiellen Energie der Feder und der kinetischen Energie des Oszillators. Bei einer tatsächlichen RLC-Schaltung erfolgt die Energieumwandlung zwischen dem elektrischen Feld im Kondensator und dem magnetischen Feld im Spuleninduktor. Daher bedeutet die Induktivität in einem Ersatzschaltbild eine Energieumwandlung zwischen zwei Formen.

Das Hinzufügen einer Induktivität im Ersatzschaltbild dient dazu, die Oszillations- und Resonanzfrequenz zu reproduzieren, wie in 1D gezeigt. Der Induktor selbst hat nicht unbedingt eine physikalische Bedeutung und sein Wert kann im Vergleich zu dem in einer tatsächlichen Schaltung unrealistisch sein. Beim Pendel kann die Schwingfrequenz sehr gering sein, sie beträgt etwa 1 Hz. Basierend auf der Gleichung zur Berechnung der Resonanzfrequenz, f = 1 2 π L C , kann ein riesiger Wert der Induktivität erhalten werden. Diese enorme Induktivität kann in einer tatsächlichen Schaltung niemals auftreten, ist jedoch in einer Ersatzschaltung ganz normal.

Der potenzielle Irrtum der konventionellen Neurowissenschaften

Wenn man die beiden oben genannten Punkte versteht, wird klar, was mit der konventionellen Neurowissenschaft theoretisch unzulänglich ist. Es gibt eine große Induktivität in neuronalen Systemen, die in vielen Studien beschrieben wurde (Cole und Baker, 1941 Curtis und Cole, 1942 Hodgkin und Huxley, 1952 Sjodin und Mullins, 1958 Araki et al., 1961 Freeman, 1961 Huxley, 1963 Ranck, 1963 Guttman, 1969 Mauro et al., 1970 Scott, 1971 Homblé und Jenard, 1984 Hutcheon und Yarom, 2000 Dwyer et al., 2012 Thomas, 2013 Mosgaard et al., 2015 Kumai, 2017 Rossi und Griffith, 2017). Der Beweis für diese Induktivität ist, wie oben erläutert, die in Experimenten gemessene Spannungsschwingung und Resonanzfrequenz. Die erste Studie über diese große Induktivität ist das Papier, das das H-H-Modell vorschlägt (Hodgkin und Huxley, 1952). Die gemessene Induktivität kann etwa 0,21 bis 0,39 H betragen, was viel höher ist als ein vernünftiger Wert einer physikalischen Spuleninduktivität. Nach ihrem Vorschlag wird diese große Induktivität durch die Impedanzänderung der Ionenkanäle induziert. Dieses bizarre Phänomen führte in späteren Studien auch zu vielen anderen theoretischen Vermutungen, wie etwa frequenzabhängige Membrankapazität (Howell et al., 2015), negativer Widerstand (Rissman, 1977) und negative Kapazität (Takashima und Schwan, 1974).

Dennoch wurden sie alle durch zwei hier hervorgehobene Punkte in die Irre geführt:

Als Beweis für die Induktivität betrachteten sie die Spannungsschwingung und die Resonanzfrequenz.

Sie glaubten, dass eine Spule ein exklusiver Ursprung ist, der die Induktivität in einer Ersatzschaltung ausmacht.

Mit der Klärung dieser beiden Punkte kann eine bessere theoretische Hypothese in Betracht gezogen werden. Die Induktivität im neuronalen Schaltkreis bedeutet, dass es eine Art biologische Struktur gibt, die die Energie in nichtelektrischer Form speichern kann. Da die Zellmembran typischerweise als Kondensator modelliert wird, erfolgt die Energieumwandlung zwischen dem in der Zellmembran gespeicherten elektrischen Feld und einer unbekannten Form, die in einer unbekannten biologischen Struktur gespeichert ist.

Die gleiche Idee wurde erstmals von Cole (1941) vorgeschlagen. In der Arbeit wurde gesagt, dass die gemessene große Induktivität in Neuronen durch den piezoelektrischen Effekt der Zellmembran erhöht werden könnte. Die Energieumwandlung erfolgt zwischen dem elektrischen Feld in der Zellmembran und der Oberflächenspannung durch den piezoelektrischen Effekt. Da die Induktivität aus der Resonanzfrequenz f = 1 2 π L C berechnet wird, kann ihr Wert bei sehr niedriger Resonanzfrequenz recht groß werden. Zur Zeit des Jahres 1941 blieb Kenneth S. Cole jedoch die Lipiddoppelschichtstruktur der Zellmembran, die von Natur aus piezoelektrisch ist, unbekannt, er schlug diese Idee als Hypothese vor. Schade, dass seine Meinung in der späteren Forschung keine Beachtung fand. Wir werden diesen Punkt weiter unten ausführlich diskutieren.


In den letzten Jahren hat die Verwendung von Induktionsheizsystemen zugenommen und drahtlose Energieübertragungssysteme (WPT) wurden diskutiert. Diese Anwendungen werden in der Nähe eines menschlichen Körpers installiert. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen magnetischer Wechselfelder zu diskutieren und elektromagnetische Störungen zu bewerten. In diesem Beitrag wird das Designverfahren eines Magnetfeldgenerators zur Bewertung der elektromagnetischen Interferenz bei 85 kHz diskutiert, der in WPT-Systemen für EV und HEV untersucht wird. Der in diesem Beitrag vorgestellte Magnetfeldgenerator besteht aus einer einphasigen Wechselrichterschaltung mit SiC-MOSFETs und einer Luftspule, die als Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds verwendet wird. Insbesondere zeigt diese Arbeit, dass die zur Erzeugung des Magnetfelds verwendete Spule die Wicklungsspannung reduzieren muss, um einen höheren magnetischen Fluss zu erzeugen. Darüber hinaus stellt dieses Papier das Designverfahren der vorgeschlagenen Spulenstruktur vor, das einige eingeschränkte Bedingungen erfüllen kann. Die experimentellen Ergebnisse des vorgeschlagenen Systems mit einer Nennleistung von 82 kHz und 100 A werden vorgestellt.

In den letzten Jahren haben sich Induktionsheizgeräte, die ein Magnetfeld von 20 kHz bis 100 kHz verwenden, sowohl in industriellen 1 als auch in privaten 2, 3 Anwendungen schnell verbreitet. Darüber hinaus wurden drahtlose 85-kHz-Leistungsübertragungssysteme (WPT) für Elektrofahrzeuge vorgeschlagen und umfangreiche Forschung und Entwicklung (F&E) an Netzteilen, Leistungsübertragungsspulen und anderen Komponenten durchgeführt. 4-7 Übertragungsspulen von WPT-Systemen für Elektrofahrzeuge sollen in der Nähe anderer elektronischer Geräte und des menschlichen Körpers verwendet werden, und es bestehen Bedenken hinsichtlich elektromagnetischer Störungen und biologischer Auswirkungen aufgrund der von diesen Spulen erzeugten magnetischen Wechselfelder. Daher müssen biologische Wirkungen von 85-kHz-Magnetwechselfeldern experimentell evaluiert werden. 8-10

Einige Systeme wurden entwickelt, um biologische Wirkungen von magnetischen Wechselfeldern zu bewerten, es gibt Berichte über Systeme, die mit 200 Hz bis 100 kHz betrieben werden. 11-14 Wir untersuchten experimentelle Systeme, um die biologischen Wirkungen eines 85-kHz-Magnetfelds zu bewerten, und untersuchten die Struktur von Magnetfeldgeneratoren unter Verwendung von Luftspulen. 15 Bei Doppelschicht-Magnetspulen, die eine optimale magnetische Flussdichte bieten, können jedoch Spannungen in der Größenordnung von Kilovolt zwischen den Spulenwicklungen auftreten, und die Möglichkeit eines dielektrischen Durchschlags muss bei der Konstruktion von Magnetfelderzeugungsspulen berücksichtigt werden.

In dieser Arbeit zielen wir auf die Entwicklung eines Magnetfeldgenerators im 85-kHz-Band ab, der insbesondere zur Bewertung biologischer Effekte bestimmt ist. Wir schlagen eine doppellagige Magnetspule mit reduzierter maximaler Spannung zwischen den Wicklungen vor. Um die Wicklungsspannungsreduzierung mit einer magnetischen Flussdichteausgabe vergleichbar mit konventionellem Design zu kombinieren, schlagen wir zunächst eine verbesserte Struktur einer Doppelschicht-Solenoidspule vor und demonstrieren die Nützlichkeit dieser Spule bei der Magnetfelderzeugung zur Bewertung biologischer Effekte. Dann leiten wir durch numerische Analyse eine praktische Spulenstruktur ab und fertigen einen Prototyp einer doppellagigen Magnetspule mit wassergekühlten Kupferrohren. Darüber hinaus zeigen wir durch Versuche, dass die Wicklungsspannung in der Prototypspule reduziert werden kann. Schließlich führen wir Experimente bei 82 kHz und 100 A mit einer Schaltung durch, in der ein Resonanzkondensator und die verbesserte Magnetspule mit einem MOSFET in Reihe zu einem einphasigen Ausgang geschaltet sind, um zu bestätigen, dass die vorgeschlagene Spule zur Bewertung biologischer Effekte verwendet werden kann.


Induktivitätsenergie, Dennis Danzik’s Earth Engine

Mir ist aufgefallen, dass einige Klagen eingereicht wurden, anscheinend wegen Vertragsbruchs, aber wie die meisten werden sie ständig ohne Lösung in die Länge gezogen.
Byron Wyoming begrüßte sie, ich sehe auch ein National Training Center in Scottsdale AZ.

Die Website behauptet, echte Generatoren hergestellt zu haben, aber ich kann keine Informationen darüber finden, wer sie hat, wo sie sind und wie sie produzieren.

Erdmaschine - Induktivitätsenergie

d.h. Energie

Die überwiegende Mehrheit der Internetnachrichten bezieht sich darauf, dass es sich um einen weiteren Betrug von Dennis Danzik handelt, weil es sich um Natur und Prämisse handelt, die den bekannten Gesetzen der Physik widerspricht.
Viele haben angenommen, dass sein Demonstrator entweder angetrieben wird oder nichts anderes als eine List und ein kinetisches Schwungrad ist.

Für alle, die sich nicht auskennen, hier ist ein Link zu einem Youtube-Video - es gibt mehr, wenn Sie Dennis Danzik oder Inductance Energy oder Earth Engine suchen.
Ich habe auch nicht gelesen, dass Patente ausgestellt wurden.

Ich bin nur neugierig, ob irgendjemand damit Schritt gehalten hat, keine wirklichen Updates oder aktuelles Internet-Geschwätz, aber es scheint die perfekte Lösung für CAs Energieproblem zu sein, tatsächlich für die ganze Welt.

Earth Engine-Live-Demo | Steorn's Orbo

sendesfromthefuture.com

Nur Spektren

Bekanntes Mitglied

Chili Palmer

Meister meines Domians

Nur Spektren

Bekanntes Mitglied

Affenschlüssel

Bekanntes Mitglied

Taboma

Bekanntes Mitglied

Nun, ich habe darauf gewartet, seit mehr als zwei Jahren zu sehen, ich bin sicher, seine Investoren sind es auch. Ich sehe eine schicke Website mit großen Behauptungen, YouTube-Videos davon, Informationen zu einem nationalen Trainingszentrum und einem Satellitenbüro in Nevada. Behauptet, funktionierende Generatoren hergestellt zu haben, aber ich kann nichts finden, was seine Behauptungen oder die des Unternehmens belegen könnte.
Allen Anschein nach ist dies ein weiterer Vergaser, der behauptet, 100 mpg zu bekommen, oder ein anderes Wunder, das die Öl- und Energieunternehmen aufgekauft oder getötet haben, oder?

Was ich seltsam finde, ist, dass das Internet-Geschwätz über diesen scheinbaren Scherz seit 2019 extrem leise geworden ist.

Ich habe das erwähnt, weil ich alte Lesezeichen durchgegangen bin und es aufgetaucht ist, als ich versuchte, es für neuere Updates zu verfolgen, bin ich auf Grillen gestoßen. Ich war also neugierig, ob jemand von RDP mitgehalten hatte oder sich über die jüngsten Enthüllungen bewusst war.


Schlüsselwörter

Siyang Zheng erhielt 1996 den BS-Abschluss in Biowissenschaften und Biotechnologie von der Tsinghua University, Peking, China. Er erhielt seinen MS in Elektrotechnik im Jahr 2000 von der Pennsylvania State University, University Park, PA, USA. Er arbeitete bei Lucent Technology, Holmdel, NJ, USA für ein Jahr, bevor er mit dem Atwood Fellowship ausgezeichnet wurde und 2002 als Doktorand der Micromachining Group am California Institute of Technology (Caltech), Pasadena, CA, USA beitrat. 2007 promovierte er in Elektrotechnik am Caltech unter die Anleitung von Dr. Yu-Chong Tai. Derzeit arbeitet er als Postdoc am selben Institut. Seine umfangreichen Forschungserfahrungen umfassten Lab-on-a-Chip-Systeme zur Zelltrennung und -analyse, elektrische Impedanzmessung, laserinduzierte Fluoreszenzdetektion, MEMS-Sensoren/-Aktoren, Mikro-/Nano-Fertigung, molekulare Selbstorganisation auf dem Chip, mikrofluidische Integrationstechnologie . Er hat im Laufe der Jahre mehr als 20 von Experten begutachtete Zeitschriften-/Konferenzbeiträge veröffentlicht und mehrere Patente angemeldet.

Mandheerej Singh Nandra erwarb seinen BASc-Abschluss an der University of Toronto mit Spezialisierung auf Nanoengineering. Er trat 2005 dem Caltech Micromachining Lab bei, wo er seinen MS in Elektrotechnik erhielt und derzeit an seiner Doktorarbeit arbeitet. Seine Forschungsinteressen umfassen MEMS für Netzhautimplantate und integrierte Elektronik für bioMEMS.

Chi-Yuan Shih erhielt 1996 und 1998 seinen BS- und MS-Abschluss in Elektrotechnik von der National Tsing Hua University (NTHU) in Taiwan. Im Juni 2001 wurde ihm das Killgore-Stipendium verliehen und er trat dem Department of Electrical Engineering des California Institute of Technology (Caltech) bei. 2002 und 2006 erwarb er den MS- und PhD-Abschluss in Elektrotechnik. Derzeit arbeitet er für die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Zwischen 2001 und 2006 arbeitete Herr Shih als graduierter Forscher im Caltech Micromachining Laboratory unter der Anleitung von Prof. Yu-Chong Tai. Seine umfassenden Forschungserfahrungen umfassten On-Chip-Trenntechnologie, laserinduzierte Fluoreszenzdetektion, MEMS-Sensoren/-Aktoren, Mikro-/Nano-Fertigung, molekulare Selbstorganisation auf dem Chip, mikrofluidische Integrationstechnologie und ferroelektrische Material-Flash-Speicher. Er hat im Laufe der Jahre mehr als 10 Zeitschriften-/Konferenzbeiträge veröffentlicht und mehrere Industriepatente angemeldet. Seine Doktorarbeit beschäftigt sich mit chipbasierten High Performance Liquid Chromatography (HPLC) Systemen. Vor kurzem wurde Herrn Shih das angesehene Stipendium für Auslandsstudien vom Bildungsministerium in Taiwan für seine herausragenden akademischen und Forschungsleistungen verliehen. Er wurde auch 2004 mit dem Phi Tau Phi Honor Scholastic Scholarship in Amerika ausgezeichnet. Herr Shih ist Mitglied der IEEE, der California Separation Science Society (CaSSS) und des Chinese Institute of Engineers.

Wei Li wurde 1981 in China geboren. 2007 wird er seinen BS-Abschluss in Elektrotechnik vom California Institute of Technology (Caltech), Pasadena, USA, abschließen 2005. Die Forschung, an der er teilnahm, war die On-Chip-Temperaturgradienten-Flüssigkeitschromatographie. 2006 wechselte er als Sommer-Stipendiat in das NanoFabrication Laboratory von Dr. Axel Sherer. Sein Projekt war Nano-Structures Enhanced InGaN/GaN Light Emitters. Darüber hinaus verfasste er erneut seine Abschlussarbeit über Mikrostromgeneratoren und hocheffiziente Batterieschaltungen in der Caltech MEMs-Gruppe. Derzeit ist er am MIT, um seinen Doktortitel in Elektrotechnik zu verfolgen.

Yu-Chong Tai erhielt seinen BS-Abschluss von der National Taiwan University und den MS- und PhD-Abschluss in Elektrotechnik von der University of California in Berkeley. Nach Berkeley wechselte er an die Fakultät für Elektrotechnik am California Institute of Technology und baute das Caltech MEMS Lab auf. Vor nicht allzu langer Zeit ist er in die Bioengineering-Abteilung eingetreten und ist derzeit Professor für Elektrotechnik und Bioengineering am Caltech. Seine aktuellen Forschungsinteressen umfassen flexible MEMS, BioMEMS, MEMS für Netzhautimplantate, Parylene-basierte integrierte Mikrofluidik, Neuroprobes/Neurochips, HPLC-basierte Labs-on-a-Chip. Er erhielt mehrere Auszeichnungen wie das IBM Fellowship, den Best Thesis Award, den Presidential Young Investigator (PYI) Award und das David and Lucile Packard Fellowship. Er war Co-Vorsitzender der IEEE MEMS-Konferenz 2002 in Las Vegas. Derzeit ist er Fachredakteur der Zeitschrift für Mikroelektromechanische Systeme.


Pluripotenz-Induktion in HEK293T-Zellen durch gleichzeitige Expression von STELLA, OCT4 und NANOS2

Keimbahn-Stammzellen (GSCs) sind aufgrund ihrer strengen Kontrolle der Pluripotenz-Genexpression und ihres Potenzials für große epigenetische Veränderungen in kurzer Zeit attraktive biologische Modelle. Es gibt nur wenige Daten zum kooperativen Einfluss von GSC-spezifischen Genen auf differenzierte Zellen. In dieser Studie überexprimierten wir 3 GSC-spezifische Marker, STELLA, OCT4 und NANOS2, zusammenfassend als (SON) bezeichnet, unter Verwendung des neuartigen polycistronischen lentiviralen Genkonstrukts FUM-FD in HEK293T-Zellen und bewerteten die Promotoraktivität des Stra8 GSC-Markers Gen Wir konnten zeigen, dass HEK293T-Zellen nach ektopischer Expression der SON-Gene Pluripotenz und GSC-Marker exprimierten. Wir fanden auch die Induktion von Pluripotenzmarkern nach Serummangel in nicht-transduzierten HEK293T-Zellen. Expressionsprofile von SON-exprimierenden und Serum-hungrigen Zellen auf mRNA- und Protein-Ebene zeigten das Potenzial von SON-Faktoren und Serummangel bei der Induktion der ESRRB-, NANOG-, OCT4- und REX1-Expression. Außerdem zeigten die Daten, dass der Stra8-Promotor der Maus unabhängig von der SON-Genexpression nur in einer Subpopulation von HEK293T-Zellen aktiviert werden konnte. Wir schließen daraus, dass eine heterogene Population der HEK293T-Zellen durch ektopische Expression der SON-Faktoren oder durch Wachstum in serumabgereichertem Medium leicht in Richtung der Expression der Pluripotenzmarker verschoben werden könnte.

Schlüsselwörter: NANOS2 OCT4 Neuprogrammierung von STELLA Starvation Stra8.


Wechselstromkreistheorie und Darstellung komplexer Impedanzwerte

Impedanzdefinition: Konzept der komplexen Impedanz

Fast jeder kennt das Konzept des elektrischen Widerstands. Es ist die Fähigkeit eines Schaltungselements, dem Fluss von elektrischem Strom zu widerstehen. Das Ohmsche Gesetz (Gleichung 1) definiert den Widerstand als Verhältnis zwischen Spannung E und Strom I.

Obwohl dies eine wohlbekannte Beziehung ist, ist ihre Verwendung auf nur ein Schaltungselement beschränkt – den idealen Widerstand. Ein idealer Widerstand hat mehrere vereinfachende Eigenschaften:

  • Es folgt dem Ohmschen Gesetz auf allen Strom- und Spannungsebenen.
  • Sein Widerstandswert ist frequenzunabhängig.
  • Wechselstrom- und Spannungssignale durch einen Widerstand sind in Phase miteinander.

Die reale Welt enthält jedoch Schaltungselemente, die ein viel komplexeres Verhalten aufweisen. Diese Elemente zwingen uns, das einfache Konzept des Widerstands aufzugeben und stattdessen die Impedanz, einen allgemeineren Schaltungsparameter, zu verwenden. Wie der Widerstand ist die Impedanz ein Maß für die Fähigkeit einer Schaltung, dem Stromfluss zu widerstehen, aber im Gegensatz zum Widerstand ist sie nicht durch die oben aufgeführten vereinfachenden Eigenschaften eingeschränkt.

Die elektrochemische Impedanz wird normalerweise durch Anlegen eines Wechselspannungspotentials an eine elektrochemische Zelle und anschließendes Messen des Stroms durch die Zelle gemessen. Nehmen wir an, wir wenden eine sinusförmige Potentialanregung an. Die Reaktion auf dieses Potential ist ein Wechselstromsignal. Dieses Stromsignal kann als Summe von Sinusfunktionen (eine Fourier-Reihe) analysiert werden.

Die elektrochemische Impedanz wird normalerweise unter Verwendung eines kleinen Anregungssignals gemessen. Dies geschieht so, dass die Antwort der Zelle pseudolinear ist. In einem linearen (oder pseudo-linearen) System ist die Stromantwort auf ein sinusförmiges Potential eine Sinuskurve mit derselben Frequenz, aber phasenverschoben (siehe Abbildung 1). Die Linearität wird im folgenden Abschnitt genauer beschrieben.

Abbildung 1. Sinusförmiges Stromverhalten in einem linearen System

Das als Funktion der Zeit ausgedrückte Anregungssignal hat die Form

wo ET ist das Potential zum Zeitpunkt t, E0 die Amplitude des Signals ist und ω die radiale Frequenz ist. Die Beziehung zwischen der Radialfrequenz ω (ausgedrückt in Radiant/Sekunde) und der Frequenz f (ausgedrückt in Hertz) ist:

(3)

In einem linearen System ist das Antwortsignal IT, ist phasenverschoben (Φ) und hat eine andere Amplitude als I0.

(4)

Ein dem Ohmschen Gesetz analoger Ausdruck ermöglicht es uns, die Impedanz des Systems wie folgt zu berechnen:

(5)

Die Impedanz wird daher als Betrag Z . ausgedrücktÖ, und eine Phasenverschiebung, .

Wenn wir das angelegte sinusförmige Signal E(t) auf der X-Achse eines Diagramms und das sinusförmige Antwortsignal I(t) auf der Y-Achse auftragen, ist das Ergebnis ein Oval (siehe Abbildung 2). Dieses Oval ist als "Lissajous-Figur" bekannt. Die Analyse von Lissajous-Figuren auf Oszilloskopbildschirmen war die akzeptierte Methode zur Impedanzmessung, bevor moderne EIS-Instrumente verfügbar waren.

Figur 2. Herkunft der Lissajous-Figur

(6)

es ist möglich, die Impedanz als komplexe Funktion auszudrücken. Das Potenzial wird beschrieben als

und die aktuelle Antwort als,

(8)

Die Impedanz wird dann als komplexe Zahl dargestellt,

(9)

Datenpräsentation

Schauen Sie sich Gleichung 9 im vorherigen Abschnitt an. Der Ausdruck für Z(ω) setzt sich aus einem Real- und einem Imaginärteil zusammen. Wenn der Realteil auf der X-Achse und der Imaginärteil auf der Y-Achse eines Diagramms aufgetragen wird, erhalten wir einen "Nyquist-Plot" (siehe Abbildung 3). Beachten Sie, dass in diesem Diagramm die Y-Achse negativ ist und dass jeder Punkt im Nyquist-Diagramm die Impedanz bei einer Frequenz ist. Abbildung 3 wurde mit Anmerkungen versehen, um zu zeigen, dass sich die niederfrequenten Daten auf der rechten Seite des Diagramms befinden und die höheren Frequenzen auf der linken Seite.

Auf dem Nyquist-Plot kann die Impedanz als Vektor (Pfeil) der Länge |Z| dargestellt werden. Der Winkel zwischen diesem Vektor und der X-Achse, allgemein „Phasenwinkel“ genannt, beträgt f (=arg Z).

Figur 3. Nyquist-Plot mit Impedanzvektor

Nyquist Plots haben einen großen Mangel. Wenn Sie sich einen Datenpunkt im Diagramm ansehen, können Sie nicht erkennen, mit welcher Frequenz dieser Punkt aufgezeichnet wurde.

Das Nyquist-Diagramm in Abbildung 3 ergibt sich aus der elektrischen Schaltung von Abbildung 4. Der Halbkreis ist charakteristisch für eine einzelne "Zeitkonstante". Elektrochemische Impedanzdiagramme enthalten oft mehrere Halbkreise. Oft ist nur ein Teil eines Halbkreises zu sehen.

Figur 4. Einfache Ersatzschaltung mit einer Zeitkonstante

Eine weitere beliebte Darstellungsmethode ist der Bode-Plot. Auf der X-Achse ist die Impedanz mit logarithmischer Frequenz aufgetragen und sowohl die Absolutwerte der Impedanz (|Z|=Z0) und die Phasenverschiebung auf der Y-Achse.

Der Bode-Plot für den Stromkreis von Abbildung 4 ist in Abbildung 5 dargestellt. Im Gegensatz zum Nyquist-Plot zeigt der Bode-Plot Frequenzinformationen an.

Abbildung 5. Bode-Diagramm mit einer Zeitkonstanten

Linearität elektrochemischer Systeme

Die elektrische Schaltungstheorie unterscheidet zwischen linearen und nichtlinearen Systemen (Schaltungen). Die Impedanzanalyse von linearen Schaltungen ist viel einfacher als die Analyse von nichtlinearen.

Die folgende Definition eines linearen Systems stammt aus Signale und Systeme von Oppenheim und Willsky:

Ein lineares System. ist eine, die die wichtige Eigenschaft der Überlagerung besitzt: Besteht die Eingabe aus der gewichteten Summe mehrerer Signale, dann ist die Ausgabe einfach die Überlagerung, also die gewichtete Summe der Antworten des Systems auf jedes der Signale. Mathematisch sei y1(t) sei die Antwort eines kontinuierlichen Zeitsystems auf x1(t) Ameise lass dich2(t) sei die Ausgabe entsprechend der Eingabe x2(T). Dann ist das System linear, wenn:

2) Die Antwort auf ax1(t) ist ay1(T) .

Bei einer potentiostatischen elektrochemischen Zelle ist der Eingang das Potential und der Ausgang der Strom. Elektrochemische Zellen sind nicht linear! Eine Verdoppelung der Spannung verdoppelt nicht unbedingt den Strom.

Abbildung 6 zeigt jedoch, wie elektrochemische Systeme pseudolinear sein können. Wenn Sie einen ausreichend kleinen Teil der Strom-Spannungs-Kurve einer Zelle betrachten, scheint sie linear zu sein.

Abbildung 6. Strom-Spannungs-Kurve mit Pseudo-Linearität

In der normalen EIS-Praxis wird ein kleines Wechselstromsignal (1 bis 10 mV) an die Zelle angelegt. Bei einem so kleinen Potentialsignal ist das System pseudolinear. Wir sehen die große nichtlineare Reaktion der Zelle auf das DC-Potential nicht, da wir nur den Zellstrom bei der Erregungsfrequenz messen.

Wenn das System nichtlinear ist, enthält die Stromantwort Oberwellen der Erregerfrequenz. Eine Harmonische ist eine Frequenz gleich einer ganzen Zahl multipliziert mit der Grundfrequenz. Zum Beispiel ist die „zweite Harmonische“ eine Frequenz gleich dem Zweifachen der Grundfrequenz.

Einige Forscher haben sich dieses Phänomen zunutze gemacht. Lineare Systeme sollten keine Oberwellen erzeugen, daher ermöglicht das Vorhandensein oder Fehlen einer signifikanten Oberwellenantwort die Bestimmung der Systemlinearität. Andere Forscher haben absichtlich Anregungspotentiale mit größerer Amplitude verwendet. Sie verwenden die harmonische Antwort, um die Krümmung in der Stromspannungskurve der Zelle zu schätzen.

Stationäre Systeme

Die Messung eines EIS-Spektrums nimmt Zeit in Anspruch (oft bis zu vielen Stunden). Das zu messende System muss sich während der gesamten Zeit, die zum Messen des EIS-Spektrums erforderlich ist, in einem stationären Zustand befinden. Eine häufige Ursache für Probleme bei EIS-Messungen und -Analysen ist die Drift des gemessenen Systems.

In der Praxis kann es schwierig sein, einen stationären Zustand zu erreichen. Die Zelle kann sich durch Adsorption von Lösungsverunreinigungen, Wachstum einer Oxidschicht, Aufbau von Reaktionsprodukten in Lösung, Beschichtungsabbau oder Temperaturänderungen verändern, um nur einige Faktoren aufzuzählen.

Standardmäßige EIS-Analysetools können auf einem System, das sich nicht im stationären Zustand befindet, sehr ungenaue Ergebnisse liefern.

Zeit- und Frequenzbereiche und Transformationen

Die Signalverarbeitungstheorie bezieht sich auf Datenrepräsentationsdomänen. Dieselben Daten können in verschiedenen Domänen dargestellt werden. In EIS verwenden wir zwei dieser Bereiche, den Zeitbereich und den Frequenzbereich.

Im Zeitbereich werden Signale als Signalamplitude über der Zeit dargestellt. Abbildung 7 demonstriert dies für ein Signal, das aus zwei überlagerten Sinuswellen besteht.

Abbildung 7. Zwei Sinuswellen im Zeitbereich

Abbildung 8 zeigt die gleichen Daten im Frequenzbereich. Die Daten werden als Amplitude über der Frequenz aufgetragen.

Abbildung 8. Zwei Sinuswellen im Frequenzbereich

Sie verwenden eine Transformation, um zwischen den Domänen zu wechseln. Die Fourier-Transformation nimmt Zeitbereichsdaten und erzeugt die äquivalenten Frequenzbereichsdaten. Der gebräuchliche Begriff FFT bezieht sich auf eine schnelle, computerisierte Implementierung der Fourier-Transformation. Die inverse Fourier-Transformation ändert Frequenzbereichsdaten in Zeitbereichsdaten.

In modernen EIS-Systemen werden Daten niedrigerer Frequenz normalerweise im Zeitbereich gemessen. Der Steuercomputer führt der Zelle mittels eines Digital-Analog-Umsetzers eine digitale Annäherung an eine Sinuswelle zu. Die Stromantwort wird mit einem Analog-Digital-Wandler gemessen. Die FFT wird verwendet, um das Stromsignal in den Frequenzbereich umzuwandeln.

Details dieser Transformationen gehen über den Rahmen dieser Application Note hinaus.

Elektrische Schaltungselemente

EIS-Daten werden üblicherweise analysiert, indem sie an ein äquivalentes elektrisches Schaltungsmodell angepasst werden. Die meisten Schaltungselemente im Modell sind übliche elektrische Elemente wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten. Um nützlich zu sein, sollten die Elemente im Modell eine Basis in der physikalischen Elektrochemie des Systems haben. Beispielsweise enthalten die meisten Modelle einen Widerstand, der den Lösungswiderstand der Zelle modelliert.

Ein gewisses Wissen über die Impedanz der Standardschaltungskomponenten ist daher sehr nützlich. Tabelle 1 listet die üblichen Schaltungselemente, die Gleichung für ihre Strom-Spannungs-Beziehung und ihre Impedanz auf.

Tabelle 1. Common Electrical Elements

Notice that the impedance of a resistor is independent of frequency and has no imaginary component. With only a real impedance component, the current through a resistor stays in phase with the voltage across the resistor.

The impedance of an inductor increases as frequency increases. Inductors have only an imaginary impedance component. As a result, the current through an inductor is phase-shifted -90 degrees with respect to the voltage.

The impedance versus frequency behavior of a capacitor is opposite to that of an inductor. A capacitor's impedance decreases as the frequency is raised. Capacitors also have only an imaginary impedance component. The current through an capacitor is phase shifted 90 degrees with respect to the voltage.

Serial and Parallel Combinations of Circuit Elements

Very few electrochemical cells can be modeled using a single equivalent circuit element. Instead, EIS models usually consist of a number of elements in a network. Both serial (Figure 9) and parallel (Figure 10) combinations of elements occur.

Fortunately, there are simple formulas that describe the impedance of circuit elements in both parallel and series combination.

Abbildung 9. Impedances in Series

For linear impedance elements in series you calculate the equivalent impedance from:

Abbildung 10. Impedances in Parallel

For linear impedance elements in parallel you calculate the equivalent impedance from:

(11)

We will calculate two examples to illustrate a point about combining circuit elements. Suppose we have a 1 Ω and a 4 Ω resistor in series. The impedance of a resistor is the same as its resistance (see Table 1). We thus calculate the total impedance as:

Resistance and impedance both go up when resistors are combined in series.

Now suppose that we connect two 2 μF capacitors in series. The total capacitance of the combined capacitors is 1 μF.

Impedance goes up, but capacitance goes down when capacitors are connected in series. This is a consequence of the inverse relationship between capacitance and impedance.

Physical Electrochemistry and Equivalent Circuit Elements

Electrolyte Resistance

Solution resistance is often a significant factor in the impedance of an electrochemical cell. A modern three electrode potentiostat compensates for the solution resistance between the counter and reference electrodes. However, any solution resistance between the reference electrode and the working electrode must be considered when you model your cell.

The resistance of an ionic solution depends on the ionic concentration, type of ions, temperature, and the geometry of the area in which current is carried. In a bounded area with area, A, and length, l, carrying a uniform current, the resistance is defined as,

ρ is the solution resistivity. The reciprocal of ρ (κ) is more commonly used. κ is called the conductivity of the solution and its relationship with solution resistance is:

(15)

Standard chemical handbooks will often list κ values for specific solutions. For other solutions, you can calculate κ from specific ion conductances. The units of κ is Siemens per meter (S/m). The Siemen is the reciprocal of the ohm, so 1 S = 1/ohm.

Unfortunately, most electrochemical cells do not have uniform current distribution through a definite electrolyte area. The major problem in calculating solution resistance therefore concerns determination of the current flow path and the geometry of the electrolyte that carries the current. A comprehensive discussion of the approaches used to calculate practical resistances from ionic conductances is well beyond the scope of this application note.

Fortunately, you usually don't calculate solution resistance from ionic conductances. Instead, you calculate it when you fit experimental EIS data to a model.

Double Layer Capacitance

An electrical double layer exists on the interface between an electrode and its surrounding electrolyte. This double layer is formed as ions from the solution adsorb onto the electrode surface. The charged electrode is separated from the charged ions by an insulating space, often on the order of angstroms. Charges separated by an insulator form a capacitor so a bare metal immersed in an electrolyte will be have like a capacitor. You can estimate that there will be 20 to 60 μF of capacitance for every 1 cm 2 of electrode area though the value of the double layer capacitance depends on many variables. Electrode potential, temperature, ionic concentrations, types of ions, oxide layers, electrode roughness, impurity adsorption, etc. are all factors.

Polarization Resistance

Whenever the potential of an electrode is forced away from its value at open-circuit, that is referred to as “polarizing” the electrode. When an electrode is polarized, it can cause current to flow through electrochemical reactions that occur at the electrode surface. The amount of current is controlled by the kinetics of the reactions and the diffusion of reactants both towards and away from the electrode.

In cells where an electrode undergoes uniform corrosion at open circuit, the open circuit potential is controlled by the equilibrium between two different electrochemical reactions. One of the reactions generates cathodic current and the other generates anodic current. The open circuit potential equilibrates at the potential where the cathodic and anodic currents are equal. It is referred to as a mixed potential. If the electrode is actively corroding, the value of the current for either of the reactions is known as the corrosion current.

Mixed potential control also occurs in cells where the electrode is not corroding. While this section discusses corrosion reactions, modification of the terminology makes it applicable in non-corrosion cases as well as seen in the next section.

When there are two, simple, kinetically-controlled reactions occurring, the potential of the cell is related to the current by the following equation.

  • I = the measured cell current in amps,
  • ichcorr = the corrosion current in amps,
  • Eoc = the open circuit potential in volts,
  • βein = the anodic Beta coefficient in volts/decade,
  • βC = the cathodic Beta coefficient in volts/decade.

If we apply a small signal approximation to equation 16, we get the following:

which introduces a new parameter, RP, the polarization resistance. As you might guess from its name, the polarization resistance behaves like a resistor.

If the Beta coefficients, also known as Tafel constants, are known you can calculate the Icorr from RP using equation 17. Icorr in turn can be used to calculate a corrosion rate.

We will discuss the RP parameter in more detail when we discuss cell models.

Charge Transfer Resistance

A similar resistance is formed by a single, kinetically-controlled electrochemical reaction. In this case we do not have a mixed potential, but rather a single reaction at equilibrium.

Consider a metal substrate in contact with an electrolyte. The metal can electrolytically dissolve into the electrolyte, according to,

In the forward reaction in the first equation, electrons enter the metal and metal ions diffuse into the electrolyte. Charge is being transferred.

This charge transfer reaction has a certain speed. The speed depends on the kind of reaction, the temperature, the concentration of the reaction products and the potential.

The general relation between the potential and the current (which is directly related with the amount of electrons and so the charge transfer via Faradays law) is:


Schau das Video: Induktivität einer Spule Gehe auf u0026 werde #EinserSchüler (August 2022).