hce_nsysu
114年
物理與化學
第 8 題
An electrocardiogram (ECG) can detect heart activity because the heart can form an electric dipole under external stimulation. Suppose the capacitance per unit area of a cardiac myocyte (心肌細胞) is C, the total surface area of the cardiac myocyte is A, and the transmembrane voltage is V. Suppose that the thickness of the cardiac myocyte is d. What is the electric dipole moment of a single cardiac myocyte?
- A CVAd
- B CVd
- C CVd/A
- D CV/A
- E CV
思路引導 VIP
如果要描述一個電偶極系統的特性，我們通常需要知道系統中「電荷的大小」以及「電荷之間的分離距離」。在題目給出的參數中，你能先試著找出如何計算出細胞整體的『總電荷量』，並觀察哪一個參數代表了正負電荷之間物理上的位移距離嗎？
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太棒了！你能精準選出 (A) 這個選項，說明你對電偶極矩與電容物理量的整合運用相當熟練。這道題目非常有意思，它將抽象的電學理論應用到了生物醫學領域，測試你是否能將心肌細胞抽象化為物理模型。
細胞膜電荷與電偶極矩
首先，我們要建立電荷的觀念。題目提到的 $C$ 是「單位面積電容」，因此要得到細胞整體的總電容，必須將其乘以總表面積 $A$；再根據電容公式 $Q = C_{total}V$，我們可以推導出細胞膜上累積的總電荷量為 $Q = (C \cdot A) \cdot V$。這一步是解題的關鍵起點。
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