人体中电现象的一些探讨

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1、人体中电现象的一些探讨14系张炜PB03206221骨头压电效应=>电致伸缩效应=>心脏心脏表面电势分布=>心脏起搏器与去纤颤器=>对于骨头，我们大家都不陌生，可我们真正了解它吗？骨头的一些特殊性质压电性质电致伸缩性质当骨头受到压缩或拉伸时，骨头某些对应表面上会产生异性的极化电荷——压电效应。在运动当中，我们的骨头会产生一定程度的变形，这样就会产生一个电势差，这个电势差从医学上来讲，能促进钙的吸收陈沉积，对骨骼发育有很大的帮助。我们航天英雄杨利伟，在外太空时也需要运动来保持骨骼健康良好。我们发现骨头有着与它

2、们相似的电压反应特征，由此我们可得出结论，骨头也有着类似的压电效应。横坐标为小针刺击压电材料的频率，纵坐标为相应材料表面产生的电压。图中显示有三条曲线。它们分别是Tendon腱,Bone骨头,Balcen布加内酯。腱和布加内酯都是高分子的压电材料频率/Hz电压/V骨头的电致伸缩效应——当在骨头表面加上一个电压时，骨头会产生伸长或压缩的微小形变。有些手臂暂时不能活动的病人，如果我们在他受伤的手臂上的适当部位加一电势差，就能促进钙的沉积，让其更早康复。我们将这样一个仪器简化如下=>直径75ｍｍ的手臂，手臂组织的

3、介电常数εｔ＝４骨头直径２５ｍｍ，介电常数εｂ＝２极板靠近手臂处还有０.５ｍｍ厚的一层绝缘体，介电常数εｉ＝１.５骨头正极板负极板手臂两极板间电势差50V已知，骨头中的电场强度Ｅ有多大？我们可以把问题近似简化如下图所示的，这样一个平行板电容器问题。把两极板间的骨头，组织，绝缘体看作是填充于其间的不同介质。=>骨头组织绝缘体EE现在，我们可以得到结果了！我们用i代表绝缘体，用t代表手臂组织，用b代表骨头。V=2Ei·di+2Et·dt+Eb·db=50.(1)D应该是连续的，因此D=ε。·εi·Ei=ε。·ε

4、t·Et=ε。·εb·Eb这样我们把（1）式中的Ei和Et用Eb表示，得到只含一个未知量Eb的方程，代入有关数据，求得Eb=970V/m.即骨头当中的电场强度为970V/m。钙离子是带电荷的，我们可以感觉到这个电场有利钙离子向骨头沉积。图中小红圆圈代表钙离子，黑色圆柱体代表骨头。当然，钙的沉积远非如此简单，骨头当中电场强度的测量也远不止这么简单，都是一个很复杂的研究，它牵涉到物理，医学的多方面领域。在这里我只是想通过这个简单模型说明些问题。通过网上相关研究资料的调查，我发现国内这方面的研究进展远远落后于国外

5、。因为通过国内的科技搜索引擎，如中国学术期刊网，万方数据等，都很难找到相关资料，几乎可以说是没有。而国外的Ei，IEEE等就明显要多一些。这应该有着很好的发展前景。=>前面，我们看了骨头与电现象的联系。下面，我们来看看心脏方面与电有什么有趣的关系。对于心，我们了解它多少？我们知道，当加于其心脏的电压大到一定值时，就会引发心脏的收缩。我们也经常在电视里看到医生抢救病人时用的心脏起搏器。我们知道心电图。过测量人体皮肤表面的电势分布，来研究心脏处电势的大体分布。心脏处于人体内部，外围有着人体的各不同组织成分，其导

6、电性能必然很复杂，应该说是一个极复杂的各向异性的环境。但这些并不代表我们不能从此方面来做些探讨。看看实验结果：=>让我们把它与这幅电偶极子等势图作些比较，看能发现什么相似的地方？=>我们发现其间有着一定的相似性，这给了我们一个不小的震撼。心脏的等电势图类似于一个电偶极子的等电势图。由于两者的比较方法是极粗糙的，我们不能要求吻合的程度很大。有这么一些相似性已经很不错了。这意味着什么呢？这给我们研究心电场提供了一个很好的思路，对心脏疾病的诊断提供了一个强有力的方法。当然这需要精准的仪器作为前提条件。=>心脏起搏

7、器和去纤颤器。心脏可以说是一个有生物体控制着的泵，当心脏受到某种伤害时，心肌会发生激烈的颤动，在医学上叫做纤维性颤动。为了恢复心脏的正常工作，我们需要一个心脏起搏器和去纤颤器。当去纤颤器外部极板于3毫秒内放电400J，求瞬时电流的大小，瞬时电压的大小？若两极板间人体电阻R=50Ω。Е=I²•R•t=V•I•tI²=E/（R•t）代入相关数据可得I=51.6AV=E/（I•t）=400/（51.6•0.003）=2.58kV可植入起搏器实物图随着微型可嵌入式去纤颤器的发展，所需的激发能量也随之减少了许多。其更

8、大的优点还在于，他靠心脏更近，当病发时，仪器可自行放电治疗，而无须像外用式那样，需要医生的临场救治，为病人赢得了宝贵的时间，时间就是生命。至此，我们从人体的骨头，心脏两方面做了些与电现象有关的研究，发现生物体是与电紧密相关的。生物体其他方面也有着很值得我们探究的地方，如前几届学生做的神经传导，电鳗放电等。另外磁与生物体也是密不可分的，这是一个很好的研究领域。由于水平有限只能写到这里啦。感谢电词电磁教学组老师提供的