基礎物理学２０１４．５．２６誘電体とコンデンサーの静電エネルギー（20℃, 1気圧）絶縁体を電場の中に置くと，絶縁体を構成する物質比誘電率 μ 原子や分子の中で正電荷は電場ベクトルの向きに，ソーダガラス 7.5 負電荷は反対向きに微小変位する（負の電子分布雲母 7 の中心が正の原子核の位置からずれる（ａ））。パラフィン 2.2 水分子などは，分子自体が極性をもつ。即ち，水約80 もともと１個１個の分子の中で，正電荷の中心とﾁﾀﾝ酸ﾊﾞﾘｳﾑ約5000 負電荷の中心がずれている。電場のない空間では二酸化炭素 1.000922 分子ごとに極性の方向はばらばらであるが，電場酸素 1.000494 中では極性の方向が揃う（ｂ）。窒素 1.000547 １．誘導分極と誘電体 →極板間の電場は弱められる：Ｑ／（ε０Ｓ）→（Ｑ／μ）／（ε０Ｓ）→Ｑ／（εＳ） ε＝με０無極性分子＜分極＞極性分子＜極性が揃う＞２．コンデンサーの電位差コンデンサーに蓄えられる静電エネルギーＷ＝（１／２）εＥ２Ｓｄ E Q S ＝（１／２）（εＳ／ｄ）（Ｅｄ）２＝（１／２）ＣＶ２Ｖ＝Ｅｄ＝Ｑｄ／εＳコンデンサーの電位差（＋１Ｃの電荷が極板間の電場によって移動させられることで受ける仕事）Ｃ＝εＳ／ｄコンデンサーのキャパシタンス（静電容量）３．外部の電位差によるコンデンサーの帯電（充電）帯電していないコンデンサーを電位差Ｖの電池につなぐと電荷の移動が起き、コンデンサーは帯電して極板間に電位差が生じる。この電位差が電池の電位差と同じ値Ｖになったとき，電荷の移動は止まる。Ｑｄ／（εＳ）＝Ｖこのとき，コンデンサーに静電エネルギーＷが蓄えられている。Ｗ＝（１／２）ＣＶ２（Ｃキャパシタンス）４．細胞の膜電位＜ヤリイカの神経細胞＞・Ｎａ＋－Ｋ＋ポンプ（Ｎａ＋，Ｋ＋－ＡＴＰアーゼ）により，細胞膜の外側の電位は内側の電位に比べて数十ｍＶ高くなっている。・ＡＴＰは，呼吸によるエネルギーにより、ミトコンドリア内でＡＤＰ＋無機Ｐから生成される。・ＡＴＰは細胞内で加水分解しＡＤＰ＋無機Ｐとなるが、このとき５．２×１０－２０Ｊのエネルギーを放出し、このエネルギーがＮａ＋－Ｋ＋ポンプに使われる。このエネルギーは細胞内で消費されるエネルギーの１／３以上の割合を占める。・細胞膜に蓄えられる静電エネルギーは，必要時に電流に変換され，刺激の伝達や心筋細胞の拍動などを生じさせる。