2014-02-03
1041
Существенный пъезоэффект возникает в костной ткани при наличии сдвиговых деформаций.
Причина эффекта — деформация коллагена — основного белка соединительной ткани. Поэтому пьезоэлектрическими свойствами обладают также сухожилия и кожа. При нормальной функциональной нагрузке, а также при отсутствии дефектов в строении кости в ней существуют только деформации сжатия — растяжения и пьезоэффект отсутствует. Когда что-то ненормально и возникает сдвиговая деформация, то возникает пьезоэффект. Он оказывает влияние на постоянно идущие в кости процессы разрушения и созидания и содействует тому, чтобы исчез сдвиг (меняется архитектура и даже форма кости). Указывают два возможных механизма воздействия пьезоэффекта: а) электрическое поле изменяет активность клеток, продуцирующих коллаген, и б) электрическое поле участвует в укладке макромолекул. Исследованием этого вопроса занимался В. Ф. Чепель.
Система зарядов или заряженных тел, заряженный конденсатор обладают энергией.
|
|
|
В этом можно убедиться, разряжая, например, конденсатор через лампочку, присоединенную к нему: лампочка вспыхнет.
Вычислим энергию поля конденсатора. Чтобы зарядить его, будем многократно переносить положительный заряд dq с одной обкладки на другую. По мере его переноса увеличивается напряжение между обкладками конденсатора. Работа, которую необходимо совершить против сил электрического поля для зарядки конденсатора, равна энергии конденсатора:
Элементарная работа по перемещению заряда против сил поля равна dA = Udq. Перенос заряда dq с одной обкладки конденсатора на другую изменяет напряжение его на dU, и тогда из формулы для электроемкости запишем dq = CdU, a значит, dA = CUdU.
Проинтегрировав это равенство в пределах от U0 = 0 до некоторого конечного значения U, найдем выражение для энергии поля заряженного конденсатора:
Если, не изменяя заряда на обкладках конденсатора, отключенного от источника напряжения, раздвинуть его пластины от расстояния l 1 до l 2, то электроемкость уменьшится (см. 12.34). Как видно из (12.44), при этом энергия конденсатора с увеличением объема, занимаемого электрическим полем (рис. 12.27), возрастет, а напряженность поля останется постоянной. Отсюда ясно, что энергия заряженного конденсатора сосредоточена в объеме, занимаемом электрическим полем.
Более убедительно пояснить существование энергии электрического поля можно на примере переменного электромагнитного поля (передача сигнала на расстояние, давление света и т. п.).
Выразим энергию поля через его характеристики. С этой целью преобразуем (12.43), подставив выражение для емкости плоского конденсатора (12.34) и напряжение из (12.14):
|
|
|
(12.45)
где V = SI — объем, занимаемый электрическим полем конденсатора.
Предполагая, что электрическое поле плоского конденсатора однородно, разделим (12.45) на объем и получим объемную плотность энергии поля:
(12.46)
Единицей объемной плотности является джоуль на кубический метр (Дж/м3).
В заключение заметим, что формула (12.46) справедлива и для неоднородного электрического поля, но тогда она выражает объемную плотность энергии в точке. Энергия неоднородного поля может быть найдена интегрированием (12.46) по соответствующему объему
В общем случае диэлектрическая проницаемость различна в разных точках среды, т. е. зависит от координат, поэтому в этой формуле e входит под знак интеграла.
