Hambatan listrik - kuantitas fisik, yang menunjukkan hambatan apa yang ditimbulkan oleh arus saat melewati konduktor. Satuan pengukurannya adalah Ohm, untuk menghormati Georg Ohm. Dalam hukumnya, ia menurunkan rumus untuk mencari hambatan, yang diberikan di bawah ini.
Mari kita perhatikan hambatan konduktor menggunakan logam sebagai contoh. Logam memiliki struktur internal berupa kisi kristal. Kisi ini memiliki keteraturan yang ketat, dan simpul-simpulnya merupakan ion bermuatan positif. Pembawa muatan dalam logam adalah elektron “bebas”, yang bukan milik atom tertentu, tetapi bergerak secara acak antar lokasi kisi. Dari fisika kuantum diketahui bahwa pergerakan elektron pada suatu logam merupakan perambatan gelombang elektromagnetik pada benda padat. Artinya, sebuah elektron dalam suatu konduktor bergerak dengan kecepatan cahaya (secara praktis), dan telah terbukti bahwa elektron tersebut menunjukkan sifat tidak hanya sebagai partikel, tetapi juga sebagai gelombang. Dan hambatan logam timbul akibat hamburan gelombang elektromagnetik(yaitu elektron) pada getaran termal kisi dan cacatnya. Ketika elektron bertabrakan dengan titik-titik kisi kristal, sebagian energi ditransfer ke titik-titik tersebut, sebagai akibatnya energi dilepaskan. Energi ini dapat dihitung pada arus konstan, berkat hukum Joule-Lenz - Q=I 2 Rt. Seperti yang Anda lihat, semakin besar resistensinya, semakin besar lebih banyak energi menonjol.
Resistivitas
Ada konsep penting seperti resistivitas, yaitu resistansi yang sama, hanya dalam satuan panjang. Setiap logam mempunyai nilai tersendiri, misalnya untuk tembaga 0,0175 Ohm*mm2/m, untuk aluminium 0,0271 Ohm*mm2/m. Artinya sebuah batang tembaga yang panjangnya 1 m dan luas penampang 1 mm2 akan mempunyai hambatan sebesar 0,0175 Ohm, dan batangan yang sama tetapi terbuat dari alumunium akan mempunyai hambatan sebesar 0,0271 Ohm. Ternyata daya hantar listrik tembaga lebih tinggi dibandingkan aluminium. Setiap logam memiliki resistansi spesifiknya sendiri, dan resistansi seluruh konduktor dapat dihitung menggunakan rumus
Di mana P– resistivitas logam, l – panjang konduktor, s – luas penampang.
Nilai resistivitas diberikan dalam tabel resistivitas logam(20°C)
|
Zat |
P, Ohm*mm 2 /2 |
α,10 -3 1/K |
|
Aluminium |
0.0271 |
|
|
Tungsten |
0.055 |
|
|
Besi |
0.098 |
|
|
Emas |
0.023 |
|
|
Kuningan |
0.025-0.06 |
|
|
Manganin |
0.42-0.48 |
0,002-0,05 |
|
Tembaga |
0.0175 |
|
|
Nikel |
||
|
Konstantan |
0.44-0.52 |
0.02 |
|
Nikrom |
0.15 |
|
|
Perak |
0.016 |
|
|
Seng |
0.059 |
Selain resistivitas, tabel berisi nilai TCR lebih lanjut tentang koefisien ini nanti.
Ketergantungan resistivitas pada deformasi
Selama pembentukan logam dingin, logam mengalami deformasi plastis. Selama deformasi plastis, kisi kristal menjadi terdistorsi dan jumlah cacat meningkat. Dengan meningkatnya cacat kisi kristal, resistensi terhadap aliran elektron melalui konduktor meningkat, sehingga resistivitas logam meningkat. Misalnya, kawat dibuat dengan cara ditarik, yang berarti logam mengalami deformasi plastis, sehingga resistivitasnya meningkat. Dalam praktiknya, anil rekristalisasi digunakan untuk mengurangi resistensi; ini adalah proses teknologi yang kompleks, setelah itu kisi kristal tampak "melurus" dan jumlah cacat berkurang, dan karenanya resistensi logam juga berkurang.
Ketika diregangkan atau dikompresi, logam mengalami deformasi elastis. Selama deformasi elastis yang disebabkan oleh peregangan, amplitudo getaran termal dari simpul kisi kristal meningkat, oleh karena itu, elektron mengalami kesulitan besar, dan sehubungan dengan ini, resistivitas meningkat. Selama deformasi elastis yang disebabkan oleh kompresi, amplitudo getaran termal titik-titik berkurang, oleh karena itu, elektron lebih mudah bergerak, dan resistivitas menurun.
Pengaruh suhu terhadap resistivitas
Seperti yang telah kita ketahui di atas, penyebab hambatan pada logam adalah simpul-simpul kisi kristal dan getarannya. Jadi, seiring dengan meningkatnya suhu, getaran termal pada titik-titik tersebut meningkat, yang berarti resistivitasnya juga meningkat. Ada jumlah seperti koefisien resistansi suhu(TKS), yang menunjukkan seberapa besar kenaikan atau penurunan resistivitas suatu logam bila dipanaskan atau didinginkan. Misalnya koefisien suhu tembaga pada 20 derajat Celcius adalah 4.1 · 10 − 3 1/derajat. Artinya, jika misalnya kawat tembaga dipanaskan sebesar 1 derajat Celcius, resistivitasnya akan meningkat sebesar 4.1 · 10 − 3 Ohm. Resistivitas terhadap perubahan suhu dapat dihitung dengan menggunakan rumus
dimana r adalah resistivitas setelah pemanasan, r 0 adalah resistivitas sebelum pemanasan, a adalah koefisien resistansi suhu, t 2 adalah suhu sebelum pemanasan, t 1 adalah suhu setelah pemanasan.
Mengganti nilai-nilai kita, kita mendapatkan: r=0.0175*(1+0.0041*(154-20))=0.0271 Ohm*mm 2 /m. Seperti yang Anda lihat, batangan tembaga kita dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 mm 2, setelah dipanaskan hingga 154 derajat, akan memiliki ketahanan yang sama dengan batangan yang sama, hanya terbuat dari aluminium dan pada a suhu 20 derajat Celsius.
Sifat mengubah resistansi dengan perubahan suhu digunakan dalam termometer resistansi. Perangkat ini dapat mengukur suhu berdasarkan pembacaan resistansi. Termometer resistansi memiliki akurasi pengukuran yang tinggi, tetapi rentang suhunya kecil.
Dalam prakteknya, sifat-sifat konduktor mencegah lewatnya saat ini digunakan dengan sangat luas. Contohnya adalah lampu pijar, dimana filamen tungsten dipanaskan karena tingginya resistansi logam, panjang panjang dan bagian sempit. Atau alat pemanas apa pun yang koilnya memanas karena resistansinya yang tinggi. Dalam teknik elektro, suatu unsur yang sifat utamanya adalah hambatan disebut resistor. Resistor digunakan di hampir semua rangkaian listrik.
6.2. Hambatan listrik konduktor. Perubahan resistansi konduktor tergantung pada suhu dan tekanan. Superkonduktivitas
Jelas dari ungkapan tersebut bahwa konduktivitas listrik suatu konduktor, dan akibatnya, resistivitas dan resistansi listrik, bergantung pada bahan konduktor dan kondisinya. Kondisi konduktor dapat bervariasi tergantung pada berbagai hal faktor eksternal tekanan (tekanan mekanis, gaya luar, kompresi, regangan, dll, yaitu faktor-faktor yang mempengaruhi struktur kristal konduktor logam) dan suhu.
Hambatan listrik suatu penghantar (resistansi) tergantung pada bentuk, ukuran, bahan penghantar, tekanan dan suhu:
Dalam hal ini, ketergantungan resistivitas listrik konduktor dan resistansi konduktor pada suhu, sebagaimana ditetapkan secara eksperimental, dijelaskan oleh hukum linier:
dimana t dan o, R t dan R o masing-masing merupakan resistansi spesifik dan resistansi konduktor pada t = 0 o C;
Dari rumus (6.23), ketergantungan resistansi konduktor pada suhu ditentukan oleh hubungan:
di mana T adalah suhu termodinamika.
Grafik ketergantungan resistansi konduktor terhadap suhu disajikan pada Gambar 6.2. Grafik resistivitas logam versus suhu absolut T ditunjukkan pada Gambar 6.3.
Menurut klasik teori elektron logam dalam kisi kristal ideal (konduktor ideal), elektron bergerak tanpa mengalami hambatan listrik ( = 0). Dari sudut pandang konsep modern, penyebab munculnya hambatan listrik pada logam adalah pengotor asing dan cacat pada kisi kristal, serta pergerakan termal atom logam, yang amplitudonya bergantung pada suhu.
Aturan Matthiessen menyatakan bahwa ketergantungan resistivitas listrik pada suhu (T) adalah fungsi yang kompleks, yang terdiri dari dua istilah independen:
dimana ost – resistivitas sisa;
id adalah resistivitas ideal suatu logam, yang sesuai dengan resistansi logam yang benar-benar murni dan hanya ditentukan oleh getaran termal atom.
Berdasarkan rumus (6.25), resistivitas logam ideal harus cenderung nol ketika T 0 (kurva 1 pada Gambar 6.3). Namun, resistivitas sebagai fungsi suhu merupakan penjumlahan suku bebas id dan istirahat. Oleh karena itu, karena adanya pengotor dan cacat lainnya pada kisi kristal logam, resistivitas (T) dengan penurunan suhu cenderung ke nilai akhir yang konstan res (kurva 2 pada Gambar 6.3). Kadang-kadang melewati batas minimum, suhunya sedikit meningkat dengan penurunan suhu lebih lanjut (kurva 3 pada Gambar 6.3). Nilai resistivitas sisa bergantung pada adanya cacat pada kisi dan kandungan pengotor, dan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasinya. Jika jumlah pengotor dan cacat pada kisi kristal dikurangi seminimal mungkin, maka masih ada satu faktor lagi yang mempengaruhi resistivitas listrik logam - getaran termal atom, yang menurut mekanika kuantum , tidak berhenti pada suhu nol mutlak
Selanjutnya diketahui bahwa ketahanan beberapa logam (Al, Pb, Zn, dll) dan paduannya pada suhu rendah T (0,1420 K), yang disebut kritis, karakteristik setiap zat, tiba-tiba menurun hingga nol, yaitu e. . logam menjadi konduktor absolut. Fenomena yang disebut superkonduktivitas ini pertama kali ditemukan pada tahun 1911 oleh G. Kamerlingh Onnes untuk merkuri. Ditemukan bahwa pada T = 4,2 K, merkuri tampaknya kehilangan ketahanannya terhadap arus listrik. Penurunan resistensi terjadi sangat tajam pada kisaran beberapa ratus derajat. Selanjutnya, hilangnya resistensi diamati di negara lain zat murni dan untuk banyak paduan.
Suhu transisi ke keadaan superkonduktor bervariasi, namun selalu sangat rendah. Dengan membangkitkan arus listrik pada cincin bahan superkonduktor (misalnya menggunakan induksi elektromagnetik ), dapat diamati bahwa kekuatannya tidak berkurang selama beberapa tahun. Hal ini memungkinkan kita menemukan batas atas resistivitas superkonduktor (kurang dari 10 -25 Ohmm), yang jauh lebih kecil daripada resistivitas tembaga pada suhu rendah (10 -12 Ohmm). Oleh karena itu, hambatan listrik superkonduktor diasumsikan nol. Perlawanan sebelum transisi ke
keadaan superkonduktor
bisa sangat berbeda. Banyak superkonduktor mempunyai ketahanan yang cukup tinggi pada suhu kamar. Transisi ke keadaan superkonduktor selalu terjadi dengan sangat tiba-tiba. Dalam kristal tunggal murni ia menempati kisaran suhu kurang dari seperseribu derajat. Di antara zat murni, aluminium, kadmium, seng, indium, dan galium memiliki superkonduktivitas. Selama penelitian, ternyata struktur kisi kristal, homogenitas dan kemurnian material mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap sifat transisi ke keadaan superkonduktor. Hal ini dapat dilihat, misalnya, pada Gambar 6.4, yang menunjukkan kurva eksperimental transisi ke keadaan superkonduktor timah dengan berbagai kemurnian (kurva 1 - timah kristal tunggal; 2 - timah polikristalin; 3 - timah polikristalin dengan pengotor). Pada tahun 1914, K. Onnes menemukan bahwa keadaan superkonduktor dihancurkan oleh medan magnet ketika induksi magnet B, yang menghancurkan superkonduktivitas, juga dapat diciptakan oleh arus superkonduktor itu sendiri. Oleh karena itu, terdapat kekuatan arus kritis yang menghancurkan superkonduktivitas.
Pada tahun 1933, Meissner dan Ochsenfeld menemukan bahwa tidak ada medan magnet di dalam benda superkonduktor. Ketika superkonduktor yang terletak di medan magnet konstan eksternal didinginkan, pada saat transisi ke keadaan superkonduktor, medan magnet dipindahkan sepenuhnya dari volumenya. Hal ini membedakan superkonduktor dari konduktor ideal, di mana, ketika resistivitas turun menjadi nol, induksi medan magnet dalam volume harus tetap tidak berubah. Fenomena represi medan magnet dari volume konduktor disebut efek Meissner. Efek Meissner dan tidak adanya hambatan listrik adalah
properti yang paling penting
superkonduktor.
Tidak adanya medan magnet dalam volume konduktor memungkinkan kita untuk menyimpulkan dari hukum umum medan magnet bahwa hanya ada arus permukaan di dalamnya. Secara fisik ia nyata dan karena itu menempati lapisan tipis di dekat permukaan. Medan magnet arus menghancurkan medan magnet luar di dalam konduktor. Dalam hal ini, superkonduktor secara formal berperilaku seperti diamagnetik ideal. Namun, ia tidak bersifat diamagnetik, karena magnetisasi internalnya (vektor magnetisasi) adalah nol.
Zat murni yang mengalami fenomena superkonduktivitas jumlahnya sedikit.
Superkonduktivitas paling sering diamati pada paduan. Dalam zat murni, hanya efek Meissner yang terjadi, dan dalam paduan, medan magnet tidak sepenuhnya dikeluarkan dari volume (efek Meissner parsial diamati). Zat yang memiliki efek Meissner penuh disebut superkonduktor jenis pertama, dan sebagian disebut superkonduktor jenis kedua. superkonduktivitas adalah superfluiditas cairan yang terdiri dari elektron. Superfluiditas terjadi karena terhentinya pertukaran energi antara komponen superfluid fluida dengan bagian lainnya, sehingga mengakibatkan hilangnya gesekan.
Penting dalam hal ini adalah kemungkinan “kondensasi” molekul cair pada tingkat energi terendah, dipisahkan dari tingkat lain oleh kesenjangan energi yang cukup lebar sehingga gaya interaksi tidak dapat diatasi. Inilah alasan untuk mematikan interaksi. Untuk dapat menemukan banyak partikel pada tingkat terendah, partikel tersebut harus mematuhi statistik Bose-Einstein, yaitu. memiliki putaran bilangan bulat. Elektron mematuhi statistik Fermi-Dirac dan oleh karena itu tidak dapat “mengembun” pada tingkat energi terendah dan membentuk cairan elektron superfluida. Gaya tolak menolak antar elektron sebagian besar dikompensasi oleh gaya tarik menarik ion positif kisi kristal. Namun, karena getaran termal atom pada titik-titik kisi kristal, gaya tarik menarik dapat timbul di antara elektron-elektron, dan kemudian bergabung menjadi berpasangan. Pasangan elektron berperilaku seperti partikel dengan putaran bilangan bulat, yaitu. mematuhi statistik Bose-Einstein. Mereka dapat mengembun dan membentuk arus pasangan elektron cair superfluida, yang membentuk arus listrik superkonduktor.
Di atas yang terendah
Kemungkinan pembentukan pasangan elektron dan superfluiditasnya dijelaskan oleh teori kuantum.
Dalam sistem SI, resistivitas listrik konduktor diukur dalam Ohmm, dan resistansi diukur dalam Ohm. Satu Ohm adalah hambatan suatu penghantar yang arus searahnya sebesar 1A mengalir pada tegangan 1V.
Konduktivitas listrik adalah besaran yang ditentukan oleh rumus
Satuan SI untuk konduktivitas adalah siemens. Satu siemens (1 cm) – konduktivitas suatu bagian rangkaian dengan hambatan 1 Ohm.
Ketika dipanaskan, ia meningkat sebagai akibat dari peningkatan kecepatan pergerakan atom dalam bahan konduktor seiring dengan meningkatnya suhu. Sebaliknya, resistivitas elektrolit dan batubara menurun ketika dipanaskan, karena pada bahan ini, selain meningkatkan kecepatan pergerakan atom dan molekul, jumlah elektron dan ion bebas per satuan volume juga meningkat.
Beberapa paduan, yang memiliki lebih banyak daripada logam penyusunnya, hampir tidak mengubah resistivitasnya jika dipanaskan (konstantan, manganin, dll.). Hal ini dijelaskan oleh struktur paduan yang tidak beraturan dan jalur bebas rata-rata elektron yang pendek.
Nilai yang menunjukkan peningkatan relatif resistansi ketika bahan dipanaskan sebesar 1° (atau menurun jika didinginkan sebesar 1°) disebut.
Jika koefisien suhu dilambangkan dengan α, resistivitas di ke = 20 o oleh ρ o, maka ketika bahan dipanaskan sampai suhu t1, resistivitasnya p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o(1 + (α (t1 -ke))
dan karenanya R1 = Ro (1 + (α (t1 - ke))
Koefisien suhu a untuk tembaga, aluminium, tungsten adalah 0,004 1/derajat. Oleh karena itu, ketika dipanaskan hingga 100°, resistansinya meningkat sebesar 40%. Untuk besi α = 0,006 1/derajat, untuk kuningan α = 0,002 1/derajat, untuk fechral α = 0,0001 1/derajat, untuk nichrome α = 0,0002 1/derajat, untuk konstantan α = 0,00001 1/derajat, untuk manganin α = 0,00004 1/derajat. Batubara dan elektrolit memiliki koefisien resistansi suhu negatif. Koefisien suhu untuk sebagian besar elektrolit adalah sekitar 0,02 1/derajat.
Properti konduktor untuk mengubah resistensi mereka tergantung pada suhu digunakan dalam termometer resistansi. Dengan mengukur resistansi, suhu lingkungan ditentukan dengan perhitungan. Constantan, manganin dan paduan lainnya dengan koefisien resistansi suhu yang sangat kecil digunakan untuk pembuatan shunt dan resistansi tambahan pada alat ukur.
Contoh 1. Bagaimanakah perubahan hambatan Ro pada kawat besi jika dipanaskan hingga 520°? Koefisien suhu a besi adalah 0,006 1/derajat. Menurut rumus R1 = Ro + Ro α (t1 - to) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro, yaitu hambatan kawat besi bila dipanaskan 520° akan bertambah 4 kali lipat.
Contoh 2. Kabel aluminium pada suhu -20° mempunyai hambatan 5 ohm. Penting untuk menentukan resistansinya pada suhu 30°.
R2 = R1 - αR1 (t2 - t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) = 6 ohm.
Sifat bahan untuk mengubahnya hambatan listrik Saat memanaskan atau mendinginkan, digunakan untuk mengukur suhu. Jadi, ketahanan termal, yaitu kabel yang terbuat dari platina atau nikel murni, dilebur menjadi kuarsa, digunakan untuk mengukur suhu dari -200 hingga +600°. Resistensi termal semikonduktor dengan tinggi koefisien negatif digunakan untuk definisi yang tepat suhu dalam rentang yang lebih sempit.
Resistansi termal semikonduktor yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termistor.
Termistor memiliki koefisien resistansi suhu negatif yang tinggi, yaitu ketika dipanaskan, resistansinya berkurang. terbuat dari oksida (dapat mengalami oksidasi) bahan semikonduktor, terdiri dari campuran dua atau tiga oksida logam. Yang paling umum adalah termistor tembaga-mangan dan kobalt-mangan. Yang terakhir ini lebih sensitif terhadap suhu.
Berbicara tentang hukum Ohm (§ 1.7), kami menekankan persyaratan seperti itu kondisi fisik seperti suhu dan tekanan. Faktanya adalah bahwa resistansi konduktor biasanya bergantung pada suhu:
Resistansi kabel logam meningkat seiring dengan pemanasan.
Untuk kabel tembaga, setiap kenaikan suhu 2,5°C menyebabkan peningkatan resistansi sekitar 1% (seperseratus dari resistansi aslinya), atau resistansi meningkat sebesar 0,4% untuk setiap kenaikan suhu 1°C. Nilai resistivitas yang diberikan di atas sesuai dengan suhu 20 °C.
Misalnya, Anda ingin menentukan resistivitas tembaga pada suhu 45 °.
Kita tahu bahwa pada 20 °C sama dengan 0,0178 Ohm per 1 m panjang dengan penampang 1 mm2. Kita tahu bahwa setiap 2,5° bertambah 1%, yaitu.
Suhu baru melebihi 20°C sebesar 25°C.
Artinya resistivitas yang diinginkan adalah 10% lebih besar dari 0,0178: resistivitas pada 45° sama dengan Ohm per 1 m dengan penampang 1 mm2.
Ketergantungan resistansi pada temperatur sering digunakan untuk menentukan temperatur kabel tembaga pada mesin listrik.
Ketergantungan resistansi yang sama pada suhu digunakan untuk merancang termometer listrik berdasarkan pengukuran resistansi sepotong kawat (seringkali dililitkan dalam bentuk spiral) yang terletak di ruangan yang suhunya ingin ditentukan.
Dengan jenis pengukuran suhu ini, mudah untuk memusatkan pengamatan suhu di berbagai bagian ruangan (misalnya, di lemari es) atau di berbagai bagian instalasi industri di satu tempat.
Dalam hal ini, Anda dapat menggunakan alat pengukur penunjuk tunggal dengan menggerakkan sakelar ke posisi berbeda: dengan setiap posisi baru, spiral kawat, yang terletak, misalnya, di lantai lemari es yang berbeda, dihidupkan untuk pengukuran.
Contoh 2. Hambatan belitan suatu mesin listrik pada 20°C sama dengan 60 Ohm. Setelah mesin dioperasikan selama satu jam, hambatan belitan meningkat menjadi 69,6 Ohm. Tentukan seberapa panas belitan tersebut jika setiap kenaikan suhu 10 °C, resistansinya meningkat sebesar 4%. ,
Pertama-tama, kita mencari berapa persen resistensi yang meningkat:
Sekarang kita dengan mudah menemukan bahwa suhu meningkat sebesar 40° C, yaitu menjadi sama dengan 20 + 40 = 60° C.
Tentu saja, sekarang pertanyaan yang harus muncul: apakah hambatan lampu listrik berubah ketika filamen di dalamnya dipanaskan? Jawaban: ya, tentu saja hambatan filamen lampu dingin lebih kecil dibandingkan hambatan dalam kondisi pengoperasian. Inilah yang terkait dengan catatan kami yang dibuat di § 1.7.
Kami hanya mencatat bahwa sering kali sifat nonlinier dijelaskan oleh fenomena kelistrikan murni. Hal ini terjadi pada kasus varistor, karakteristiknya ditunjukkan pada Gambar. 1.14.
Dalam sejumlah alat ukur dan peralatan khusus, resistansinya sering kali diharuskan tidak berubah terhadap suhu. Untuk produk semacam itu, paduan telah dikembangkan yang ketahanannya praktis tidak bergantung pada suhu.
Dari paduan tersebut, yang paling umum digunakan adalah manganin dan konstantan.
Banyak konduktor secara nyata mengubah resistansinya ketika diregangkan atau dikompresi. Properti konduktor ini juga dianggap penting aplikasi teknis: Saat ini, tekanan dan gerakan kecil yang terjadi, misalnya, di bawah beban balok, rel, bagian-bagian mesin, dll., sering kali dinilai dari perubahan hambatan listrik dari elemen yang diproduksi secara khusus.
Partikel konduktor (molekul, atom, ion) yang tidak ikut serta dalam pembentukan arus berada dalam gerak termal, dan partikel yang membentuk arus secara bersamaan berada dalam gerak termal dan terarah di bawah pengaruh medan listrik. Oleh karena itu, banyak tumbukan terjadi antara partikel-partikel pembentuk arus dan partikel-partikel yang tidak ikut serta dalam pembentukannya, di mana partikel-partikel tersebut melepaskan sebagian energi yang mereka bawa dari sumber arus ke partikel-partikel tersebut. Semakin banyak tumbukan maka semakin rendah kecepatan gerak teratur partikel-partikel pembentuk arus. Seperti yang terlihat dari rumusnya saya = enνS, penurunan kecepatan menyebabkan penurunan arus. Besaran skalar, yang mencirikan sifat konduktor untuk mengurangi arus, disebut resistensi konduktor. Dari rumus hukum Ohm, hambatan Ohm - resistansi konduktor di mana arus kuat diperoleh 1a dengan tegangan pada ujung penghantar sebesar 1 V.
Resistansi suatu konduktor tergantung pada panjangnya l, penampang S dan bahan yang dicirikan oleh resistansi spesifik. Semakin panjang konduktor, semakin banyak tumbukan per satuan waktu partikel pembentuk arus dengan partikel yang tidak ikut serta pembentukannya, dan oleh karena itu semakin besar resistansi konduktor. Semakin kecil penampang konduktor, semakin padat aliran partikel pembentuk arus, dan semakin sering bertabrakan dengan partikel yang tidak ikut serta dalam pembentukannya, sehingga semakin besar hambatan konduktor.
Di bawah pengaruh medan listrik, partikel-partikel yang membentuk arus bergerak dipercepat di antara tumbukan, meningkatkan energi kinetiknya karena energi medan. Ketika bertabrakan dengan partikel yang tidak menghasilkan arus, mereka mentransfer sebagian darinya energi kinetik. Sebagai akibat dari ini energi dalam konduktor meningkat, yang dimanifestasikan secara eksternal dalam pemanasannya. Mari kita pertimbangkan apakah resistansi suatu konduktor berubah ketika dipanaskan.
Rangkaian listrik berisi kumparan kawat baja (tali, Gambar 81, a). Setelah menutup sirkuit, kami mulai memanaskan kabel. Semakin banyak kita memanaskannya, semakin sedikit arus yang ditunjukkan ammeter. Penurunannya terjadi karena ketika logam dipanaskan, resistansinya meningkat. Jadi, hambatan sehelai bola lampu listrik bila tidak menyala adalah kira-kira 20 ohm, dan kapan terbakar (2900°C) - 260 ohm. Ketika logam dipanaskan, pergerakan termal elektron dan laju getaran ion meningkat. kisi kristal, sebagai akibatnya, jumlah tumbukan elektron pembentuk arus dengan ion meningkat. Hal ini menyebabkan peningkatan resistansi konduktor *. Dalam logam, elektron tak bebas terikat sangat erat dengan ion, sehingga ketika logam dipanaskan, jumlah elektron bebas praktis tidak berubah.
* (Berdasarkan teori elektronik, tidak mungkin menurunkan hukum pasti tentang ketergantungan resistansi pada suhu. Hukum seperti itu ditetapkan oleh teori kuantum, di mana elektron dianggap sebagai partikel dengan sifat gelombang, dan pergerakan elektron konduksi melalui logam dianggap sebagai proses perambatan gelombang elektronik, yang panjangnya ditentukan oleh hubungan de Broglie.)
Eksperimen menunjukkan bahwa ketika suhu konduktor yang terbuat dari zat berbeda berubah dengan jumlah derajat yang sama, resistansinya berubah secara tidak merata. Misalnya, jika sebuah konduktor tembaga mempunyai hambatan 1 ohm, lalu setelah dipanaskan hingga 1°C dia akan mendapat perlawanan 1,004 ohm, dan tungsten - 1,005 ohm. Untuk mengkarakterisasi ketergantungan resistansi suatu konduktor pada suhunya, suatu besaran yang disebut koefisien resistansi suhu diperkenalkan. Besaran skalar yang diukur dengan perubahan resistansi suatu konduktor sebesar 1 ohm, diambil pada 0°C, dari perubahan suhunya sebesar 1°C, disebut koefisien resistansi suhu α. Jadi, untuk tungsten, koefisien ini sama dengan 0,005 derajat -1, untuk tembaga - 0,004 derajat -1. Koefisien resistansi suhu bergantung pada suhu. Untuk logam, perubahannya sedikit terhadap suhu. Untuk kisaran suhu yang kecil, suhu dianggap konstan untuk suatu bahan tertentu.
Mari kita turunkan rumus yang menghitung resistansi suatu konduktor dengan mempertimbangkan suhunya. Mari kita asumsikan itu R0- resistansi konduktor di 0°C, ketika dipanaskan hingga 1°C itu akan meningkat sebesar αR 0, dan ketika dipanaskan hingga t°- pada αRt° dan itu menjadi R = R 0 + αR 0 t°, atau
Ketergantungan ketahanan logam pada suhu diperhitungkan, misalnya, dalam pembuatan spiral untuk alat pemanas listrik dan lampu: panjang kawat spiral dan arus yang diizinkan dihitung dari hambatannya dalam keadaan panas. Ketergantungan resistansi logam pada suhu digunakan dalam termometer resistansi, yang digunakan untuk mengukur suhu mesin panas, turbin gas, logam dalam tanur tinggi, dll. Termometer ini terdiri dari luka spiral tipis berbahan platina (nikel, besi). pada bingkai porselen dan ditempatkan dalam wadah pelindung. Ujung-ujungnya dihubungkan ke sirkuit listrik dengan ammeter, yang skalanya dinyatakan dalam derajat suhu. Ketika kumparan memanas maka arus pada rangkaian berkurang, hal ini menyebabkan jarum amperemeter bergerak yang menunjukkan suhu.
Kebalikan dari resistansi suatu bagian atau rangkaian tertentu disebut konduktivitas listrik konduktor(konduktivitas listrik). Konduktivitas listrik konduktor Than konduktivitas yang lebih besar konduktor, semakin rendah resistansinya dan semakin baik menghantarkan arus. Nama satuan daya hantar listrik Konduktivitas suatu penghantar menurut hambatannya 1 ohm ditelepon Siemens.
Ketika suhu menurun, resistensi logam menurun. Tetapi ada logam dan paduan, yang ketahanannya, pada suhu rendah spesifik untuk setiap logam dan paduan, menurun tajam dan menjadi semakin kecil - hampir sama dengan nol(Gbr. 81, b). Yang akan datang superkonduktivitas- konduktor praktis tidak memiliki hambatan, dan arus yang tereksitasi di dalamnya ada untuk waktu yang lama, sementara konduktor berada pada suhu superkonduktor (dalam salah satu percobaan, arus diamati selama lebih dari satu tahun). Saat melewatkan kerapatan arus melalui superkonduktor 1200 a/mm 2 tidak ada pelepasan panas yang diamati. Logam monovalen, yang merupakan konduktor arus terbaik, tidak masuk ke keadaan superkonduktor hingga batasnya suhu rendah, di mana percobaan dilakukan. Misalnya, dalam percobaan ini tembaga didinginkan 0,0156°K, emas - hingga 0,0204° K. Jika paduan dengan superkonduktivitas dapat diperoleh pada suhu biasa, hal ini akan sangat penting bagi teknik kelistrikan.
Menurut konsep modern, penyebab utama superkonduktivitas adalah pembentukan pasangan elektron terikat. Pada suhu superkonduktivitas, gaya pertukaran mulai bekerja antara elektron bebas, menyebabkan elektron membentuk pasangan elektron terikat. Gas elektron dengan pasangan elektron terikat memiliki sifat yang berbeda dari gas elektron biasa - ia bergerak dalam superkonduktor tanpa gesekan terhadap simpul kisi kristal.
Soal 24. Untuk membuat kompor listrik berbentuk spiral, pihak bengkel mendapat gulungan kawat nikrom yang pada labelnya tertulis: “Berat 8,2 kg, diameter Λ 0,5 mm". Tentukan berapa banyak spiral yang dapat dibuat dari kawat ini jika hambatan spiral yang tidak termasuk dalam jaringan harus 22 ohm. Massa jenis nichrome 8200kg/m3.
Dari sini kemana S = πr 2 ; S = 3,14*0,0625 mm 2 ≈ 2*10 -7 m 2.
Berat kawat m = ρ 1V, atau m = ρ 1 lS, dari sini
Menjawab: n = 1250 spiral.
Soal 25. Pada suhu 20°C, filamen tungsten pada bola lampu mempunyai hambatan 30 ohm; ketika Anda menghubungkannya ke jaringan DC dengan tegangan 220v arus mengalir secara spiral 0,6 a. Tentukan suhu pijar filamen bola lampu dan intensitas medan listrik stasioner pada filamen lampu jika panjangnya 550mm.
Hambatan spiral ketika lampu menyala ditentukan dari rumus hukum Ohm untuk suatu bagian rangkaian:
Kuat medan stasioner pada filamen lampu
Menjawab: t 0 = 2518°C; E = 400v/m.
Ketika dipanaskan, ia meningkat sebagai akibat dari peningkatan kecepatan pergerakan atom dalam bahan konduktor seiring dengan meningkatnya suhu. Sebaliknya, resistivitas elektrolit dan batubara menurun ketika dipanaskan, karena pada bahan ini, selain meningkatkan kecepatan pergerakan atom dan molekul, jumlah elektron dan ion bebas per satuan volume juga meningkat.
Beberapa paduan, yang memiliki lebih banyak daripada logam penyusunnya, hampir tidak mengubah resistivitasnya jika dipanaskan (konstantan, manganin, dll.). Hal ini dijelaskan oleh struktur paduan yang tidak beraturan dan jalur bebas rata-rata elektron yang pendek.
Nilai yang menunjukkan peningkatan relatif resistansi ketika bahan dipanaskan sebesar 1° (atau menurun jika didinginkan sebesar 1°) disebut.
Jika koefisien suhu dilambangkan dengan α, resistivitas di ke = 20 o oleh ρ o, maka ketika bahan dipanaskan sampai suhu t1, resistivitasnya p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o(1 + (α (t1 -ke))
dan karenanya R1 = Ro (1 + (α (t1 - ke))
Koefisien suhu a untuk tembaga, aluminium, tungsten adalah 0,004 1/derajat. Oleh karena itu, ketika dipanaskan hingga 100°, resistansinya meningkat sebesar 40%. Untuk besi α = 0,006 1/derajat, untuk kuningan α = 0,002 1/derajat, untuk fechral α = 0,0001 1/derajat, untuk nichrome α = 0,0002 1/derajat, untuk konstantan α = 0,00001 1/derajat, untuk manganin α = 0,00004 1/derajat. Batubara dan elektrolit memiliki koefisien resistansi suhu negatif. Koefisien suhu untuk sebagian besar elektrolit adalah sekitar 0,02 1/derajat.
Properti konduktor untuk mengubah resistensi mereka tergantung pada suhu digunakan dalam termometer resistansi. Dengan mengukur resistansi, suhu lingkungan ditentukan dengan perhitungan. Constantan, manganin dan paduan lainnya dengan koefisien resistansi suhu yang sangat kecil digunakan untuk pembuatan shunt dan resistansi tambahan pada alat ukur.
Contoh 1. Bagaimanakah perubahan hambatan Ro pada kawat besi jika dipanaskan hingga 520°? Koefisien suhu a besi adalah 0,006 1/derajat. Menurut rumus R1 = Ro + Ro α (t1 - to) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro, yaitu hambatan kawat besi bila dipanaskan 520° akan bertambah 4 kali lipat.
Contoh 2. Kabel aluminium pada suhu -20° mempunyai hambatan 5 ohm. Penting untuk menentukan resistansinya pada suhu 30°.
R2 = R1 - R1(t2 - t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) = 6 ohm.
Sifat bahan untuk mengubah hambatan listriknya ketika dipanaskan atau didinginkan digunakan untuk mengukur suhu. Jadi, ketahanan termal, yaitu kabel yang terbuat dari platina atau nikel murni, dilebur menjadi kuarsa, digunakan untuk mengukur suhu dari -200 hingga +600°. Resistansi termal semikonduktor dengan koefisien negatif yang besar digunakan untuk menentukan suhu secara akurat dalam rentang yang lebih sempit.
Resistansi termal semikonduktor yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termistor.
Termistor memiliki koefisien resistansi suhu negatif yang tinggi, yaitu ketika dipanaskan, resistansinya berkurang. terbuat dari bahan semikonduktor oksida (mengalami oksidasi) yang terdiri dari campuran dua atau tiga oksida logam. Yang paling umum adalah termistor tembaga-mangan dan kobalt-mangan. Yang terakhir ini lebih sensitif terhadap suhu.
Diensefalon terletak di bawah corpus callosum dan forniks, menyatu di sisi dengan belahan otak.
Ini termasuk:
Talamus (talamus visual),
Epithalamus (daerah supratuberkular),
Metathalamus (wilayah asing) dan
Hipotalamus (daerah subkutan).
Rongga diencephalon adalah ventrikel ketiga.
Talamus adalah akumulasi berpasangan materi abu-abu, ditutupi dengan lapisan materi putih, berbentuk bulat telur.
Ada tiga kelompok inti utama di talamus: anterior, lateral dan medial. Di inti lateral, semua jalur sensorik menuju korteks serebral dialihkan.
DI DALAM epitalamus terletak bagian atas otak - epifisis, atau badan pineal, digantung pada dua tali pengikat di ceruk antara colliculi atas pelat atap.
Metatalamus diwakili oleh badan genikulatum medial dan lateral. Mereka dihubungkan dengan ikatan ijuk (gagang gundukan) ke gundukan atas dan bawah pelat atap. Mereka mengandung inti yang merupakan pusat refleks penglihatan dan pendengaran.
Hipotalamus terletak lebih ventral talamus dan mencakup daerah subtuberkular itu sendiri dan sejumlah formasi yang terletak di dasar otak.
Ventrikel ketiga terletak di sepanjang garis tengah dan merupakan celah vertikal sempit.
Formasi utama diencephalon adalah thalamus (visual thalamus) dan hipotalamus (daerah subthalamic).
Talamus - inti sensitif dari subkorteks. Ini disebut “pengumpul sensitivitas”, karena jalur aferen (sensitif) dari semua reseptor bertemu dengannya, tidak termasuk reseptor penciuman. Inilah neuron ketiga dari jalur aferen, yang prosesnya berakhir di area sensitif korteks.
Fungsi utama talamus adalah integrasi (penyatuan) semua jenis kepekaan. Untuk analisis lingkungan eksternal tidak ada cukup sinyal dari reseptor individu. Di sini informasi yang diterima melalui berbagai saluran komunikasi dibandingkan dan signifikansi biologisnya dievaluasi. Di thalamus visual, terdapat 40 pasang inti, yang terbagi menjadi spesifik (jalur aferen menaik berakhir pada neuron inti ini), nonspesifik (inti formasi retikuler) dan asosiatif. Melalui inti asosiatif, talamus terhubung dengan semua inti motorik subkorteks - striatum, globus pallidus, hipotalamus dan inti otak tengah dan medula oblongata.
Studi tentang fungsi talamus visual dilakukan melalui pemotongan, iritasi dan penghancuran. Kucing yang dibuat sayatan di atas diencephalon sangat berbeda dengan kucing yang bagian tertinggi sistem saraf pusatnya adalah otak tengah. Dia tidak hanya bangun dan berjalan, yaitu melakukan gerakan-gerakan yang terkoordinasi secara kompleks, tetapi juga menunjukkan semua tanda reaksi emosional. Sentuhan ringan memicu reaksi marah. Kucing itu memukul-mukul ekornya, memperlihatkan giginya, menggeram, menggigit, dan menjulurkan cakarnya.
Pada manusia, thalamus memainkan peran penting perilaku emosional, ditandai dengan ekspresi wajah, gerak tubuh, dan perubahan fungsi yang khas organ dalam. Selama reaksi emosional, tekanan darah meningkat, denyut nadi dan pernapasan menjadi lebih cepat, dan pupil membesar.
Reaksi wajah seseorang adalah bawaan. Jika Anda menggelitik hidung janin berusia 5-6 bulan, Anda akan melihat seringai tidak senang yang khas (P.K. Anokhin). Ketika optik thalamus teriritasi, hewan mengalami reaksi motorik dan nyeri - memekik, menggerutu. Efeknya dapat dijelaskan oleh fakta bahwa impuls dari talamus visual dengan mudah ditransfer ke inti motorik subkorteks yang terkait.
Di klinik, gejala kerusakan talamus visual sangat parah sakit kepala, gangguan tidur, gangguan kepekaan baik ke atas maupun ke bawah, gangguan gerak, ketepatan, proporsionalitas, terjadinya gerakan kekerasan yang tidak disengaja.
Hipotalamus adalah pusat subkortikal tertinggi dari sistem saraf otonom. Di kawasan ini terdapat pusat-pusat yang mengatur seluruh fungsi vegetatif, menjamin keteguhan lingkungan internal tubuh, serta mengatur metabolisme lemak, protein, karbohidrat dan air-garam.
Dalam aktivitas sistem saraf otonom, hipotalamus juga memegang peranan yang sama peran penting apa peran inti merah otak tengah dalam pengaturan fungsi motorik rangka sistem saraf somatik.
Studi paling awal tentang fungsi hipotalamus dilakukan oleh Claude Bernard. Ia menemukan bahwa suntikan ke diencephalon kelinci menyebabkan peningkatan suhu tubuh hampir 3°C. Eksperimen klasik yang menemukan lokalisasi pusat termoregulasi di hipotalamus disebut injeksi panas. Setelah hipotalamus rusak, hewan menjadi poikilothermic, yaitu kehilangan kemampuan untuk mempertahankan suhu tubuh yang konstan. Di ruangan dingin suhu tubuh menurun, dan di ruangan panas suhu meningkat.
Belakangan diketahui bahwa hampir seluruh organ dipersarafi oleh sistem otonom sistem saraf, dapat diaktifkan dengan iritasi pada daerah subkutan. Dengan kata lain, semua efek yang dapat diperoleh dengan mengiritasi saraf simpatis dan parasimpatis diperoleh dengan mengiritasi hipotalamus.
Saat ini, metode penanaman elektroda banyak digunakan untuk merangsang berbagai struktur otak. Dengan menggunakan teknik khusus yang disebut teknik stereotactic, elektroda dimasukkan ke area tertentu di otak melalui lubang duri di tengkorak. Seluruh elektroda diisolasi, hanya ujungnya yang bebas. Dengan menghubungkan elektroda dalam suatu sirkuit, Anda dapat mengiritasi area tertentu secara lokal.
Ketika bagian anterior hipotalamus teriritasi, efek parasimpatis terjadi - peningkatan pergerakan usus, pemisahan cairan pencernaan, memperlambat kontraksi jantung, dll.
Ketika bagian posterior teriritasi, efek simpatik diamati - peningkatan denyut jantung, penyempitan pembuluh darah, peningkatan suhu tubuh, dll. Akibatnya, pusat parasimpatis terletak di bagian anterior daerah subtalamus, dan pusat simpatis terletak di bagian posterior.
Karena stimulasi menggunakan elektroda yang ditanamkan dilakukan pada hewan, tanpa menggunakan anestesi, perilaku hewan dapat dinilai. Dalam percobaan Andersen pada seekor kambing dengan elektroda yang ditanamkan, ditemukan sebuah pusat yang iritasinya menyebabkan rasa haus yang tak terpadamkan - pusat haus. Jika kesal, kambing bisa minum air hingga 10 liter. Dengan mengiritasi daerah lain, hewan yang cukup makan dapat dipaksa makan (pusat kelaparan).
Eksperimen ilmuwan Spanyol Delgado pada seekor banteng dengan elektroda yang ditanamkan ke dalam “pusat ketakutan” menjadi dikenal luas. Ketika seekor banteng yang marah menyerbu ke arah matador di arena, rasa jengkel muncul, dan banteng itu mundur dengan tanda-tanda ketakutan yang jelas.
Peneliti Amerika D. Olds mengusulkan untuk memodifikasi metode ini - membiarkan hewan menutup elektroda itu sendiri, dengan asumsi bahwa hewan tersebut akan menghindari rangsangan yang tidak menyenangkan dan, sebaliknya, berusaha mengulangi rangsangan yang menyenangkan.
Eksperimen telah menunjukkan bahwa ada struktur yang iritasinya menyebabkan keinginan yang tidak terkendali untuk mengulanginya. Tikus-tikus tersebut bekerja hingga kelelahan dengan menekan tuas hingga 14.000 kali! Selain itu, ditemukan struktur yang tampaknya menyebabkan iritasi ekstrem perasaan tidak menyenangkan, karena tikus menghindari menekan tuas lagi untuk kedua kalinya dan lari darinya. Pusat pertama jelas merupakan pusat kesenangan, dan pusat kedua adalah pusat ketidaksenangan.
Yang sangat penting untuk memahami fungsi hipotalamus adalah penemuan reseptor di bagian otak ini yang mendeteksi perubahan suhu darah (termoreseptor), tekanan osmotik (osmoreseptor) dan komposisi darah (glukoreseptor).
Dari reseptor yang menghadap darah, timbul refleks yang bertujuan untuk menjaga keteguhan lingkungan internal tubuh - homeostasis. “Lapar darah”, mengiritasi reseptor glukosa, menggairahkan pusat makanan: timbul reaksi makanan yang ditujukan untuk mencari dan memakan makanan.
Salah satu manifestasi umum penyakit hipotalamus di klinik adalah pelanggaran metabolisme air-garam, yang dimanifestasikan dalam sekresi jumlah besar urin dengan kepadatan rendah. Penyakit tersebut dinamakan diabetes insipidus atau diabetes insipidus.
Wilayah Podbugorny berkaitan erat dengan aktivitas kelenjar pituitari. Hormon vasopresin dan oksitosin diproduksi di neuron besar inti supra-visual dan periventrikular kelenjar hipofisis. Hormon mengalir sepanjang akson ke kelenjar pituitari, tempat hormon tersebut terakumulasi dan kemudian masuk ke dalam darah.
Hubungan yang berbeda antara hipotalamus dan kelenjar hipofisis anterior. Pembuluh darah yang mengelilingi inti hipotalamus bersatu menjadi suatu sistem vena, yang turun ke lobus anterior kelenjar pituitari dan di sini pecah menjadi kapiler. Dengan darah, zat memasuki kelenjar pituitari - faktor pelepas, atau faktor pelepas, yang merangsang pembentukan hormon di lobus anteriornya.
Kelenjar di bawah otak berhubungan erat dengan hipotalamus secara struktural dan fungsional. Bagian posterior kelenjar pituitari (neurohypophysis) mengakumulasi hormon yang diproduksi oleh hipotalamus dan mengatur keseimbangan air-garam, mengendalikan fungsi rahim dan kelenjar susu.
Bagian anterior kelenjar hipofisis (adenohipofisis) menghasilkan:
hormon adrenokortikotropik - ACTH, yang merangsang kelenjar adrenal;
hormon perangsang tiroid - merangsang pertumbuhan dan sekresi kelenjar tiroid;
hormon gonadotropik - mengatur aktivitas kelenjar seks;
hormon somatotropik - memastikan perkembangan sistem kerangka; prolaktin - merangsang pertumbuhan dan aktivitas kelenjar susu, dll.
Enkephalin dan endorfin neuroregulasi, yang memiliki efek seperti morfin dan membantu mengurangi stres, juga dibentuk di hipotalamus dan kelenjar pituitari.
Setiap talamus(lihat Gambar 8.1; 8.2) adalah formasi berbentuk bulat telur dengan panjang sekitar 4 cm. Di sisi lateral, talamus berbatasan dengan nukleus kaudatus (lihat paragraf 9.2), dipisahkan oleh strip terminal. (stria terminalis). Permukaan medial thalami membentuk dinding lateral bagian atas ventrikel ketiga. Di antara dinding-dinding ini terdapat fusi intertuberkular (materi abu-abu), yang menghubungkan talamus kanan dan kiri. Ujung anterior talamus agak runcing, sedangkan ujung posterior melebar dan menebal.
Beras. 8.2.
- 1-7 - inti proyeksi; 8-11 - inti asosiatif. 1 - medial tubuh genikulatum(CGM); 2 - badan genikulatum lateral (CGL); 3-4 - inti kompleks ventrobasal (3 - VPM 4 - VPL); 5-6 - inti motorik (5 - ventrolateral (VL), 6 - ventral anterior (VA)); 7 - inti limbik (AV, AD, AM);
- 8 - inti mediodorsal (MD); 9 - inti dorsolateral (LD);
- 10 - inti posterolateral (LP); 11 - bantal (Pul)
Sebagian besar talamus diwakili oleh materi abu-abu, dikelompokkan menjadi inti (kira-kira dari 40 hingga 150 klasifikasi yang berbeda). Kebanyakan inti thalamus biasanya disebut dengan singkatan dari huruf latin, terdiri dari nama latin kernel.
Di inti talamus, tidak hanya terjadi peralihan informasi, tetapi juga pemrosesannya. Salah satu ciri utama pemrosesan ini adalah transmisi informasi selektif ke korteks serebral. Dengan kata lain, thalamus bertindak sebagai filter, meneruskan ke telencephalon sinyal yang sangat signifikan (kuat, baru), atau sinyal yang terkait dengan aktivitas korteks serebral saat ini. Dengan demikian, thalamus adalah salah satu struktur kunci yang menyediakan dan mendukung proses perhatian. Banyak inti talamus, terutama inti proyeksi, dicirikan oleh adanya glomeruli, yang menunjukkan proses analisis informasi yang kompleks.
Klasifikasi utama inti thalamik berkaitan dengan lokasi atau fungsinya. Massa abu-abu thalamus terbagi pelat medula(lapisan materi putih) menjadi beberapa kelompok inti - inti anterior, medial, lateral, posterior dan garis tengah (area fusi intertuberkular dan bagian periventrikular).
Klasifikasi inti thalamus. Kami akan mempertimbangkan secara lebih rinci klasifikasi inti talamus berdasarkan fungsi dan organisasi koneksinya. Dari sudut pandang ini, semua inti talamus dibagi menjadi proyeksi, asosiatif, dan nonspesifik.
Kernel proyeksi - ini adalah inti switching (relai) yang menerima masukan dari sangat jumlah terbatas struktur ekstratalamik. Serat dari struktur ini membentuk sinapsis pada neuron inti proyeksi, dan akson inti proyeksi menghantarkan impuls ke area lokal tertentu di korteks serebral yang bertanggung jawab untuk fungsi tertentu. Pada gilirannya, setiap inti proyeksi menerima serat menurun dari zona kortikal proyeksinya sendiri. Inti proyeksi dibagi menjadi sensorik, motorik dan limbik.
Indrawi (sensitif) inti memberikan aferentasi sensorik yang cepat dari spesifik sistem sensorik ke dalam zona proyeksi utama korteks serebral. Jalur dari semua reseptor (kecuali reseptor penciuman) melewati talamus dan terwakili di sana. Inti sensorik utama talamus adalah:
- - badan genikulatum lateral (eksternal) (LCT; corpus geniculatum laterale, CGL), termasuk dalam kelompok inti posterior. Ini adalah nukleus sensorik visual, tempat berakhirnya serabut traktus optikus dan ujung kolikulus superior. Eferen LCT menuju ke korteks visual primer dan sekunder (bidang 17 dan 18) di lobus oksipital, ke nukleus asosiasi pulvinar dan ke beberapa nukleus talamus lainnya. LCT terdiri dari bagian punggung dan perut, bagian perut mempunyai organisasi inti, dan bagian punggung mempunyai organisasi kortikal, terdiri dari enam lapisan;
- - badan genikulatum medial (internal) (MKT; corpus geniculatum menengahi, CGM) juga termasuk dalam kelompok inti posterior. Ini adalah nukleus sensorik pendengaran tempat berakhirnya serabut lemniskus lateral dan manubrium kolikulus inferior. Eferen MCT menuju ke korteks pendengaran primer dan sekunder (bidang 41 dan 42) di lobus temporal, ke beberapa inti talamus (Gbr. 9.9). Mari kita balas dendam karena LCT dan MCT digabungkan dengan nama tersebut metatalamus(negara asing);
- - inti proyeksi sistem sensitivitas kulit dan otot adalah kompleks ventrobasal, atau inti ventral posterior talamus. Terletak di daerah ventrolateral (lateral inferior) talamus. Kompleks ventrobasal terdiri dari tiga inti - VPL (hal. ventralis posterolateralis), VPM ( n. ventralis posteromedialis) dan VPI (n. ventralis posterior intermedins). Serabut dari inti medula oblongata yang lembut dan berbentuk baji (lemniskus medial), saluran spinotalamikus, serabut dari inti sensorik saraf trigeminal dan inti saluran soliter berakhir di sini. Akson dari inti ini dikirim ke korteks sensorimotor (bidang 1, 2, 3 pada girus postcentral dan 4b pada girus presentralis).
Inti proyeksi motorik (motorik). talamus juga terletak di bagian lateral bawah di depan kompleks ventrobasal, oleh karena itu sering disebut inti ventrolateral. Ini adalah dua inti VL besar (hal. ventralis lateralis) dan V.A. (n.ventralis anterior). Aferen inti ini adalah struktur yang berhubungan dengan organisasi pergerakan, seperti inti dentate otak kecil, globus pallidus (inti telencephalon), inti vestibular, dan substansia nigra. Eferen menuju ke korteks motorik (bidang 4) dan premotor (bidang 6).
Inti kompleks ventrobasal dan inti motorik dicirikan oleh somagotony (representasi topografi permukaan tubuh atau otot).
Inti limbik sering disebut inti anterior talamus karena lokasinya. Ini adalah inti AV (hal. anteroventralis), IKLAN ( N. anterodorsalis) dan SAYA. (p anteromedialis). Mereka memasuki LS otak (lihat paragraf 9.4) dan melakukan informasi sensorik di daerah limbik korteks serebral, terutama di girus cingulate (Gbr. 9.5). Aferen utama ke inti ini berasal dari badan mamillary hipotalamus; beberapa serabut forniks juga datang ke sini (lihat paragraf 8.2).
Pada inti asosiatif Talamus diakhiri dengan serat bukan dari satu, tetapi dari beberapa sistem sensorik sekaligus, serta dari inti talamus dan korteks serebral lainnya. Hal ini memastikan partisipasi mereka dalam fungsi integratif otak, yaitu. dalam asosiasi jenis yang berbeda kepekaan. Inti ini mengirimkan seratnya ke zona asosiasi korteks serebral (lihat paragraf 9.3). Inti punggung adalah bagian diencephalon yang masih muda secara evolusioner. Pembentukannya paralel dengan perkembangan pusat asosiasi yang lebih tinggi di korteks.
Inti LP asosiatif (hal.lateralis posterior), LD (hal.lateralis dorsalis) dan Pul ( pulvinar, bantal) bersama dengan zona proyeksinya di lobus parietal korteks serebral dianggap sebagai sistem asosiasi thalamo-parietal (lobus parietalis, lobus parietal korteks), yang fungsinya berkaitan dengan ucapan, serta pengenalan gambar dan diagram tubuh. Secara terpisah, perlu dicatat bahwa inti asosiatif bantal juga berhubungan erat dengan sistem visual. Ia menerima aferen dari LCT, colliculi superior, korteks visual, dan mengirimkan serat ke korteks visual (bidang 17, 18, 19). Oleh karena itu, bantal terkadang disebut inti asosiatif visual.
Mediodorsal, atau dorsomedial, inti MD (hal. medialis dorsalis) memiliki banyak aferen. Ia menerima serat dari sensorik dan inti nonspesifik thalamus, dari nukleus telencephalon amigdala, dari hipotalamus, dari hipokampus, dari korteks orbital dan temporal, dll. Ciri-ciri nukleus ini adalah bahwa eferen kortikalnya menuju ke zona asosiatif frontal korteks, yang menyebabkan untuk pembentukan ide tentang sistem asosiatif thalamo-frital. Fungsi sistem ini tidak sepenuhnya jelas, tetapi secara umum dapat didefinisikan sebagai pembentukan tindakan perilaku yang kompleks dan pengendalian keadaan emosi.
Tidak spesifik (medial) inti Talamus biasanya dianggap sebagai inti RF yang berkomunikasi dengan inti retikuler batang otak. Mereka menerima aferen dari jumlah besar formasi dan mengirimkan proyeksi yang menyebar ke wilayah yang luas korteks, mempengaruhi tingkat aktivasinya.
Nonspesifik meliputi inti garis tengah yang terletak di bagian dalamnya, misalnya inti SM ( N. sentralis medialis), inti intralaminar terletak di antara serat-serat lempeng meduler ( lamina, piring). Yang terakhir termasuk, misalnya, inti besar - pusat median, atau CeM (i pusat medianum), dan berbaring di medial darinya nukleus parafasikuler PaF (n. parafascicularis). CeM dan PaF terlibat dalam transmisi komponen nyeri yang menyebar secara lambat (lihat Bab 15).
Hal ini juga tidak spesifik nukleus talamus retikuler Ret((Rt), n. reticularis thalami), termasuk dalam kelompok inti lateral. Ini adalah inti penghambat yang membatasi aktivasi inti talamus lainnya.
