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BIOELECTRICIDAD Disciplina que estudia la potencia eléctrica de los seres vivos
I.-OBJETIVOS Identificar los componentes de un circuito eléctrico y conocer los efectos de la electricidad en el cuerpo humano Determinar algunas aplicaciones de la electricidad en la medicina Aplica los conceptos de bioelectricidad a la fisiología del Sistema Nervioso. Docente: Fís. Manuel Luis Amaya Checa
ELECTRICIDAD La electricidad es una fuerza fundamental de la naturaleza, análoga a la gravedad Fuerzas Fundamentales
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En la actualidad se conocen cuatro fuerzas fundamentales Fuerza gravitacional( gravedad). Fuerza electromagnética (electricidad y magnetismo) Fuerza nuclear Fuerza débil
ELECTRICIDAD
Cargas estáticas
estudia
Cargas en movimiento conforman
que ejercen
Corriente eléctrica Fuerzas sobre otras cargas
regida por
regidas por Ley de Ohm Ley de Coulomb
Ley de Joule
Ley de Kirchoff
FUERZA GRAVITACIONAL: La fuerza gravitacional es quizás la fuerza más familiar para nosotros, pero no está incluida en el Modelo Standard, porque sus efectos son muy diminutos en los procesos entre partículas. Aún cuando la gravedad actúa sobre todas las cosas, es una fuerza muy débil, a menos que haya grandes masas involucradas.
Ley de la Gravitación Universal de Newton
¿Qué es lo que causa que los objetos se caigan sobre la tierra? ¿Por qué los planetas giran alrededor del sol? ¿Qué mantiene a las galaxias juntas? Si viajase a otro planeta, ¿por qué cambiaría su peso? Todas estas preguntas están relacionadas a un aspecto de la física: la gravedad La Ley de la Gravitación Universal de Newton establece que la fuerza que ejerce una partícula puntual con masa m1 sobre otra con masa m2 es directamente proporcional al producto de las masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa: siendo el vector unitario que va de la partícula 1 a la 2, y donde G es la Constante de gravitación universal, siendo su valor 6,67 × 10-11 N m²/kg².
CARGA ELECTRICA Propiedad física intrínseca de algunas partículas que las caracteriza y por la cual sufren la interacción electromagnética. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en culombios y en las fórmulas físicas suele representarte con la letras q o Q. Se clasifica en carga positiva y negativa. Las cargas del mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen. La carga eléctrica aparece en la naturaleza cuantizada, es decir, siempre es múltiplo de una cantidad fundamental: el valor absoluto de la carga del electrón o del protón q = 1.6 x 10 -19 culombios. Hay que señalar que se cree que la carga de los quarks, partículas que componen los núcleos atómicos, toma valores fraccionarios de esta cantidad fundamental. Sin embargo, nunca se han observado quarks libres. Para objetos no puntuales, la carga eléctrica es la suma de las cargas eléctricas de las partículas constituyentes. La carga eléctrica se conserva. Esto quiere decir que en ningún proceso puede aparecer o destruirse carga neta. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca invariante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea. La carga es un invariante relativista. La carga de un cuerpo es la misma independientemente de la velocidad con la que se mueva.
Ley de Coulomb La ley de Coulomb establece la fuerza entre dos cargas eléctricas en reposo, en función de la distancia que las separa, según la fórmula:
qq F = K 12 2 rˆ12 r 12 Donde Q y q son las dos cargas, cuya unidad es el culombio. Pueden ser del mismo signo, con lo que la fuerza entre ellas será repulsiva, o de signos contrarios, con lo que la fuerza será atractiva. La distancia que las separa es r, medida en metros, mientras que Єo es la permitividad del medio o constante dieléctrica. K= 9x 109 N x m2 / C2
FF21 21
Fuerzas de Repulsión
Fuerzas de Atracción
q1 +
qq F = K 12 2 r 12
q2 F12 +
F21 q1 q1 F21 q1 F 21 +
q2 F12 -
F12 q2 +
F12
q2 -
Partícula Protón Neutrón Electrón
MASA Y CARGA DE LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES Masa (Kg.) Carga (C) -27 1,673 x10 + 1,602x10-19 1,675 x10-27 0 9,110 x 10-31 - 1,602 x 10-19
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Aisladores y conductores
Las sustancias se diferencian por la relativa libertad con que pueden desplazarse la carga a través de ellas. Una sustancia en la que la carga se puede desplazar libremente se llama CONDUCTOR y una sustancia en la que la carga se puede mover ligeramente se llama Aislador
MAQUINAS DE INDUCCIÓN Generador de Van der graff
Electroscopio
EL CAMPO ELECTRICO Concepto.- El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. INTENSIDAD DE CAMPO ELECTRICO.-La magnitud que mide esta alteración en un punto determinado es la intensidad del campo eléctrico en dicho punto. Se define como la fuerza ejercida sobre la unidad de carga positiva situada en ese punto.
kq E = 2 rˆ r
F E = q Unidades: N/ C
kq E = 2 rˆ r
¿qué es un dipolo eléctrico? Son dos cargas iguales en magnitud pero de signos contrarios.
¿qué es un dipolo eléctrico? Son dos cargas iguales en magnitud pero de signos contrarios. POTENCIAL ELECTRICO: El potencial eléctrico en un punto es el trabajo requerido para mover una carga unitaria (trabajo por unidad de carga) desde ese punto hasta el infinito, donde el potencial es 0. Matemáticamente se expresa por: V=
V
W q
W = q
DIFERENCIA DE POTENCIAL.-Considérese una carga de prueba positiva en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B conservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial eléctrico se define como:
Corriente eléctrica La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica, normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico, debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente. LEY DE OHM La corriente continua es un movimiento de electrones. Cuando los electrones circulan por un conductor, encuentran una cierta dificultad al moverse. A esta "dificultad" la llamamos Resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica de un conductor depende de tres factores que quedan recogidos en la ecuación que sigue:
R =ρ V= I R
L A
CIRCUITO ELECTRICO Se denomina ci rcu ito el éct rico a una serie de elementos o componentes eléctricos, tales como resistencias,inductancias, condensadores y fuentes, o electrónicos, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales eléctricas.
LEYES DE KIRCHOFF 1.-Ley de Nudos: La corriente que ingresa a un Nudo o Nodo es igual a la suma de corrientes que salen de ella 2.-Ley de Mallas: La suma de voltaje es igual acero
El potencial de Nerst: El potencial de reposo de una célula es producido por diferencias en la concentración de iones dentro y fuera de la célula y por diferencias en la permeabilidad de la membrana celular a los diferentes iones. El po ten cial de equili brio de N erns t relaciona la diferencia de potencial a ambos lados de una membrana biológica en el equilibrio con las características relacionadas con los iones del medio externo e interno y de la propia membrana.
V =V1 −V2 =± 2,3
KT c log( 1 ) e c2
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Imaginémonos un medio con KCl, una sal, que, en medio acuoso, se disocia en K + y Cl − , sus iones componentes, que en la disolución se mantendrán en relación 1:1, compensando las cargas positivas de los cationes potasio con las negativas de los aniones cloruro, por lo que la disolución será eléctricamente neutra.
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Ahora añadamos a este modelo una membrana biológica selectivamente permeable, que permita el paso únicamente al K + . Así, los K + difundirán libremente a un lado y otro de la membrana. Sin embargo, como hay más más iones en el compartimiento 1, inicialmente fluirán más iones K + del 1 al 2 que del 2 al 1. Como el Cl − no puede difundir a través de la membrana, pronto hay un exceso de carga positiva en el compartimiento 2 y un exceso de carga negativa en el 1. Estas cargas en exceso se concentran a lo largo de la membrana, mientras que la masa de fluido en cada compartimiento permanece neutra. Las capas de carga positiva y negativa a cada lado de la membrana producen una diferencia de potencial V = V1 − V2 a través de la membrana y un campo eléctrico E, que retarda el flujo de iones positivos del compartimiento 1 al 2 y que acelera su flujo del compartimiento 2 al 1. Tras un tiempo se alcanzará el equilibrio dinámico en el que exista un flujo de K + idéntico del 2 al 1 como del 1 al 2. Este equilibrio depende de: la diferencia de de concentración que favorece el movimiento del 1 al 2 la diferencia de potencial que favorece la difusión del 2 al 1. Además, la diferencia de potencial V en el equilibrio viene dada, en función de las concentraciones c1 y c2 de los iones de K^+ en los dos compartimentos, mediante:
Conducción en células nerviosas