Physikalische Grundlagen des menschlichen Herz-Kreislaufsystems

Die Nervenzelle als Spannungsquelle Lehrerinformation
Wieso Spannungsquelle?
Bringt man zwei Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen zusammen, so erfolgt auf
Grund des kinetischen Energiegehalts und der Brownschen Bewegung eine Teilchenwanderung
(Moleküle, Ionen) von der höheren Konzentration zur niederen. Die Stoffwanderung
ist mit dem Konzentrationsausgleich beendet.
Trennt jedoch eine halbdurchlässige Membran unterschiedliche Konzentrationen, so
diffundieren nur jene Teichen, deren Radien kleiner als die Poren der Membran sind.
Wandern Ionen auf Grund der unterschiedlichen Konzentrationen durch die Membran,
so entsteht dadurch eine Potentialdifferenz zu beiden Seiten der Membran. Das sich
aufbauende elektrische Feld setzt der Diffusion schließlich ein Ende; das System befindet
sich im Gleichgewicht.
Allgemein kann das resultierende elektrische Potential aus der Nernstschen Gleichung
berechnet werden:
U = R.T.F -1 .ln([c 1 ]/[c 2 ])
wobei F die Faraday-Konstante, R die universale Gaskonstante und c2 und c1 die jeweiligen
Konzentrationen bedeuten.
Unter Verwendung dekadischer Logarithmen und bei einer Temperatur von 20°C (293
K) ergibt sich:
U = 0,058. log ([c 2 ]/[c 1 ]) Volt.
Ist [c1 ] = 0,1 mol/l und [c2 ] = 1 mol/l, beträgt in diesem Fall U = 0,058 V; verändert
man [c1 ] auf 0,01 mol/l, so beträgt U = 2. 0,058 V, also 116 mV.
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