ماهو المكون الأساسي في صنع الخلية الكهربائية؟
الخلية الكهربائية هي أحد مصادر التيار الكهربائي الذي ينتج من تفاعل كيميائي تتحول فيه الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. تتكون الخلية من قطبين من مادتين مختلفتين ومادة ثالثة تفصل بينهما وتسمي كهرل . أبسط أنواعها يتكون من وعاء زجاجي يحوي محلولاً مخففاً من حمض الكبريتيك وهو يمثل الكهرل ينغمس فيه قطبان من النحاس والزنك. إذا اتصل القطبان من الخارج بسلك معدني، يسري تيار كهربائي بينهما نتيجة تفاعل الحمض مع الزنك ، فتتجمع على لوح الزنك إلكترونات وتسري خارجه إلى قطب النحاس. (هذا عكس اتجاه التيار الكهربائي الذي اصطـُلح على سريانه من قطب النحاس الموجب إلى قطب الزنك السالب). تنتج هذه الخلية جهدا كهربائيا مقداره نحو 5و1 فولت ويمكن زيادة الجهد عن طريق توصيل عدة من تلك الخلايا . فإذا وصلنا ثلاثة منها أنتجت لنا قوة دافعة كهربائية مقداره 5و4 فولت.
إن الشحنات الكهربائية الموجبة و السالبة متساوية تماماََ في كل الأجزاء الخلوية ما عدا المناطق المجاورة لسطح غشاء الخلية ؛ و يسمى ذلك مبدأ التعادلية الكهربائية electrical neutrality الذي يعني بأنه يوجد لكل أيون موجب أيون سالب مجاور له يعادله ، و لولا ذلك لظهرت جهود كهربائيةبملايين الفولتات ضمن السائل الخلوي . و عندما تُضخ شحنات كهربائية إلى خارج الغشاء الخلوي فإنها تتراصف على طول الغشاء كما تتراصف داخله الصواعد التي تُركت هناك . و يخلق ذلك طبقة ثنائية القطب dipole layer من شحنات موجبة و سالبة بين داخل الغشاء الخلوي و خارجه ، و لكنه يترك أيضاََ أعداداََ متساوية من الشحنات الموجبة و السالبة في كل مكان آخر في السوائل . و هذا هو نفس التأثير الذي يحدث عندما تصبح صفيحات مكثفة capacitor كهربائية مشحونة كهربائياََ ؛ أي اصطفاف شحنات موجبة و سالبة على الطرفين المتعاكسين للغشاء العازل الكهربائي dielectric بين الصفيحتين . و في الواقع تعمل الطبقة المزدوجة الشحمية لغشاء الخلية كعازل كهربائي لمكثفة غشاء الخلية مثل الميكا mica أو الورق أو الميلار Mylar الذي يعمل كعازل كهربائي في المكثفات الكهربائية . و بسبب الرقة المتناهية ( 7 نانومترات فقط ) لغشاء الخلية تتولد فيه مُواسعة capacitance عالية جداََ بالنسبة لمساحته ؛ تصل إلى حوالي ميكروفاراد واحد لكل سنتيمتر مربع [5]. و ما دام المسرى المستخدم لقياس فرق الجهد موضوعاََ على خارج غشاء العصب يكون الجهد المسجل صفراََ ، و هو جهد السائل خارج الخلايا . و من ثم عندما يمر مسرى التسجيل خلال الطبقة ثنائية القطب في غشاء الخلية ينقص الجهد إلى -90 ميللي فولت ، ثم يبقى الجهد الكهربائي عند مستوى ثابت أثناء مرور المسرى عبر داخل الليف ثم ينعكس ثانية إلى الصفر في لحظة مروره خلال غشاء الجهة المعاكسة . و في الحقيقة إن لعمل غشاء العصب كمكثفة دلالة خاصة مهمة ؛ فمن أجل خلق شحنة سلبية داخل الغشاء الخلوي لا بد من نقل أيونات موجبة كافية إلى الخارج لكي تولد طبقة نائية القطب في الغشاء نفسه . و يمكن أن تبقى كل الأيونات داخل الليف العصبي إما موجبة أو سالبة . و لذلك فإن مجرد نقل أعداد صغيرة من الأيونات خلال الغشاء الخلوي يكون كافياََ لتوليد الجهد السوي - 90 ميللي فولت في داخل الليف العصبي ، و لا يحتاج لذلك إلا لنقل 1/5000000 إلى 1/100000000 من مجموع الشحنات الموجبة الموجودة داخل الليف العصبي . كما يمكن لحركة عدد صغير مساوِِ من الأيونات الموجبة إلى داخل الليف العصبي من أن تعكس الجهد من -90 ميللي فولت إلى +35 ميللي فولت خلال 1/10000 من الثانية . و يسبب هذا الانزياح السريع للأيونات بهذا الأسلوب توليد الإشارات العصبية خلال الليف العصبي [lower-alpha 3].