Clase 9 -Bioelectricidad Semana 10

7/31/2019 Clase 9 -Bioelectricidad Semana 10

1/52


2/52

Introduccin

La electricidad es unafuerza fundamental de lanaturaleza, anloga a la de

la gravedad, cuyadiferencia radica en que lafuerza de la gravedad

entre dos objetos dependede su masa mientras que lafuerza elctrica dependede su carga


3/52

La Carga Elctrica es una Propiedad Bsica

de las Partculas Elementales:

Electrones

Protones

Neutrones

Componen toda la

materia ordinaria

Lo que mantiene al tomo

unido es la fuerzaelctrica entre sus

protones y electrones


4/52

En qu se Fundamenta la

Bioelectricidad ?

Leyes y principios de la fsica elctrica A partir de los cuales se estudian los fenmenos

bioelctricos que ocurren en el organismo: Transporte de iones a travs de la membrana Transferencia de los impulsos nerviosos Contraccin de las fibras musculares, etc.

Y para la comprensin de dispositivos que

proporcionan diversos registros elctricos: Electrocardiograma Electroencefalograma Electromiograma, etc.


5/52

Carga Elctrica: Ley de Coulomb

La carga como la masa es una propiedadfundamental de la materia, y son de dos tipos:

Carga positiva, asociadas al protn Carga negativa, asociadas al electrn

Por tanto las fuerzas elctricas pueden ser deatraccin o de repulsin: regidas por la ley delas cargas (cargas iguales repelen y contrariasse atraen)


6/52

Principios Fsicos

Carga elctrica Electrn = Protn

Equivale a 1,6 x 10-19

Unidad de carga: Coulomb (C)

La fuerza elctrica entre dos objetos con cargas q1y q2 separadas por una distancia r es:

Donde k es la constante elctrica universal :2

21

r

qqkFe

2

2

9100,9

C

mNxk


7/52

Fuerza Elctrica Depende del producto de las cargas de los objetos

como la fuerza de la gravedad depende delproducto de sus masas

Ambas fuerzas son inversamente proporcionales alcuadrado de la distancia que separa los objetos

Donde

Otra diferencia entre estas fuerzas es que la degravedad siempre es atractiva y la elctrica puedeser repulsiva

2

21

r

mmGFg 2

211

1067,6Kg

mNxG


8/52

Campo Elctrico

Las fuerzas elctricas como las fuerzasgravitacionales son fuerzas de accin adistancia que se manifiestan sin que haya

ningn contacto entre los cuerpos Estas fuerzas se aproximan a cero cuando las

distancias tienden al infinito Cada carga modifica las propiedades del medio

que la rodea estableciendo un campo elctricoanlogo al campo gravitacional producido porcada masa: atraccin o repulsin


9/52

Campo Elctrico Si una carga que colocada en un punto del

espacio, experimenta una fuerza de origenelctrico, se dice que en este punto existe uncampo elctrico producido por todas las otras

cargas q1, q2, y que su intensidad es:

Como F es un vector y q un escalar, el campo elctricoes tambin un vector que tendr la direccin de F si q espositiva y la direccin contraria si q es negativa

Coul

N

q

FE

'


10/52

Campo Elctrico

La carga q se denomina generalmente cargade prueba.

El campo elctrico se simboliza con la letra E,es una magnitud vectorial y sus unidades son:N/C


11/52

Potencial Elctrico Se le llama diferencia de potencial entre dos puntos a

la diferencia de energa potencial de una carga dentrode un campo elctrico entre estos dos puntos divididopor el valor de la carga, o tambin el trabajo realizadopor la fuerza producida por el campo dividido por lacarga, es decir,

La diferencia de potencial Va-Vb se generaliza Vab yse denomina a veces voltaje entre a y b.

Es una magnitud escalar puesto que es el cocienteentre dos magnitudes escalares y su unidad ensistema S.I es de joul/coul que se denomina voltio (v)

''

)()(

q

w

q

EpEpVbVa

ba


12/52

Aisladores y Conductores

A partir de la teora atmica deprincipios del siglo XX quedestablecido cientficamente quela materia est compuesta de

tomos muy pequeos

Cada tomo tiene un ncleo anms pequeo, muy denso y

cargado positivamente; el cualest rodeado de electroneslivianos y cargadosnegativamente


13/52

Aisladores y Conductores En muchos metales los electrones ms cercanos estn

fuertemente ligados al ncleo pero un electrn delexterior puede estar relativamente libre para sertransferido de un tomo a otro

stos electrones pueden moverse libremente y por lotanto son llamados electroneslibres

Su movimiento explica la conduccin elctrica por unalambre cuando es conectado a una batera o a ungenerados elctrico


14/52


Al contrario de los electrones, los ncleos cargadospositivamente estn fijos en un lugar dentro del cristal de unmetal y no contribuyen en nada a la conduccin elctrica

Un buen conductor posee una cantidad apreciable deelectrones libres y por eso conduce la carga con una resistenciarelativamente pequea; son conductores los metales

Un mal conductor, es decir, un aislador, tiene muy pocos o no

tiene electrones libres y posee una elevada resistencia a laconduccin de cargas o lo que es lo mismo la carga se muevecon dificultad como por ejemplo la goma, la madera, el hule,vidrio, corcho y la mayora de los plsticos


15/52


Aquellas sustancias que conducen la carga con menorcapacidad que los metales, aunque mayor que losaislantes se les llama semiconductores, por ejemplo:silicio y germanio, utilizados para la fabricacin detransistores

Al contrario de lo que sucedeen los metales, en los cualeslos electrones libres conducen

la electricidad, en los lquidosla conduccin de carga puededeberse a tomos positivos ynegativamente cargados


16/52


Cuando se disuelve sal de mesa (NaCl)en agua los dos elementos se disocianformando un in Na+ cargadopositivamente y un in Cl- cargadonegativamente

El tomo de Cl ha ganado un electrn yel tomo de Na ha perdido unoquedando cargado positivamente

Esta solucin llamada electrolito, es

buena conductora; la conduccinelectroltica es esencialmente elmovimiento de stos iones endirecciones opuestas


17/52


Algunos electrolitos tpicosson: cloruro de potasio(K+Cl-), cido sulfrico(H

2

2+SO4

2-) y el agua misma(H+OH-)

El que un electrolito conduzca bien o mal la

electricidad depende de la valencia qumica(nmero de electrones perdidos o ganados), elgrado de disociacin y la concentracin inica(nmero de iones por centmetro cbico)


18/52


No todas las soluciones conducen bien laelectricidad, depende de la disociacin inica

Sin embargo, los tejidos del cuerpo localizadosbajo la piel son electrolitos; la solucin salinafisiolgica es bsicamente una solucin diluida deNaCl y el plasma sanguneo contiene Na+, K+,Ca+, Mg2+, Cl- y otros iones

El aceite, el alcohol y el

azcar disuelta en el agua, lapiel seca, y la mayora de lasmembranas biolgicas sonrelativamente malosconductores


19/52

Corriente

Una corriente es un flujo de carga

Cuando una positiva se mueve desde una reginde potencial alto a otra de bajo potencial, su

energa potencial se transforma a otras formas deenerga

Por ejemplo, en una resistencia de calefaccin la

energa potencial de la carga en movimiento setransforma en calor, en una bombilla setransforma en luz y calor, y en un motor setransforma en energa mecnica


20/52

Corriente

Todos los aparatos elctricos y electrnicosutilizan corriente de un modo u otro,tambin utilizan corriente los sistemas

biolgicos, ellas intervienen en el transportede impulsos nerviosos a lo largo de unafibra nerviosa


21/52

Intensidad de la Corriente

Una corriente elctrica es un flujo de carga ypara que pueda mantenerse, alguna fuente debeproveer la energa que conserve la diferenciade potencial entre los extremos de un

conductor

Esta diferencia de potencial es lo que se llamafuerza electromotriz (Fem) y su unidad es elvoltio


22/52


Por convencin se considera que la direccin de lacorriente es la que corresponde al flujo de cargaspositivas en un sentido, aunque el flujo real de cargases debido al desplazamiento de los electrones ensentido contrario

En los metales, los electronesexternos de los tomos se muevenlibremente y los protones de losncleos estn fijos; en cambio enlos conductores lquidos se pueden

mover tanto los iones positivoscomo los negativos; as es comouna batera convierte energaqumica en energa elctrica


23/52


En electricidad se considera que el flujo de cargasnegativas en una direccin equivale al flujo decargas positivas en la direccin opuesta

La intensidad de la corriente elctrica (I) se definecomo la cantidad total de carga (Q) que pasa porun punto dado del circuito en un tiempo (t)

t

qI


24/52


Las unidades de la corriente (I) son:Coulomb/segundo que corresponde a la unidadllamada amperio (A)

Como

tIqtqI


25/52


El trabajo (w) realizado para mover la cargaviene dado por:

Donde V+ es el potencial en el borde positivo yV- el potencial en el borde negativo

El trabajo realizado por segundo es la potencia(P)

Vqw )(

VVV

VI

t

Vq

t

wP


26/52

LEY DE OHMGracias a las investigaciones de George Ohm acerca de la

conduccin elctrica en barios materiales, se toma como

deduccin que el cociente entre el voltaje aplicado a un conductor

y la corriente, este es constante y se llama resistencia

Formula matemtica:

Esta ley es valida solo para ciertos materiales (metales), esta ley en su uso

de aplicacin se da primordialmente en circuitos elctricos.

luego la unidad de resistencia es

I

VRIxRV

Amperio

VoltioOhm

1

1)(1


27/52

Circuitos

Los circuitos consisten a menudoen una red de resistenciasinterconectadas, como lo indica lafigura

El problema bsico de la teora decircuitos es hallar la intensidad dela corriente en cada rama delcircuito, cuando se conocen losvalores de las resistencias

El anlisis de sta o cualquier otrared utiliza dos principiosconocidos como leyes deKirchhoff


28/52

Primera Ley de Kirchhoff

La intensidad total de la corriente que entra en unpunto cualquiera del circuito es igual a laintensidad que sale del punto

Esta ley es una consecuencia del hecho de que no

se acumula carga en un punto de un circuito, demodo que sale de l tanta carga como ha entrado

Segunda ley de Kirchhoff

La diferencia de potencial entre dos puntos cuales

quiera de un circuito es la misma a lo largo de

cualquier camino que se conecte los puntos


29/52

FUERZA ELECTROMOTRIZLa fuerza electromotriz es la cantidad de energa, por unidad de

carga necesaria para hacer circular una carga alrededor de un

circuito completo.

En el sistema S.I su unidad es el VOLTIO.

Ecuacin:

E= IR + Ir como V= IR

E= V + Ir ley de ohm

V= E - Ir

CONDENSADORES


30/52

CONDENSADORESUn condensador consta de dos superficies conductoras,

separadas por una delgada lamina aislante.

Los hilos unidos a las superficies, permiten que el

condensador sea conectado en un circuito electrnico.

En un circuito el condensador es simbolizado por esta


31/52

En un circuito, el condensador es simbolizado por esta

conectado en serie a una resistencia (R) y una batera.

Como hay aislamiento entre

las placas del condensador,

la carga no puede fluir poreste elemento y por lo tanto,

no se puede establecer una

corriente continua a travs

de un condensador.

Sin embargo cuando el interruptor (s), se

encuentra cerrado, se producir una corrientetransitoria a travs de la resistencia, puesto que

los electrones fluyan de una placa del

condensador a otra

E i l iti ( )


32/52

En consecuencia, la carga positiva (q)

se acumula sobre una placa, mientras

que una cantidad igual de carganegativa (q) se acumula en la otra.

(V= Vc - Vd) sea igual a la fuerza

electromotriz de la batera.


33/52

La figura muestra que la corriente transitoria (i) esgrande en el instante en el que se cierra el interruptor,

pero disminuye rpidamente hasta cero cuando el

condensador se ha cargado.

Al mismo tiempo, el valor de la carga de cada

placa del condensador aumente desde cero

hasta su valor final.


34/52

Variacin temporal de la corriente

transitoria en un circuito de

resistencia y condensador


35/52

variacin temporal de la carga en

cada una de las placas de un

condensador en un circuito de

resistencia y condensador En todo momento la carga (q) del condensador es


36/52

En todo momento la carga (q) del condensador es

proporcional a su potencial (v)

Q= C.V

en donde (c) es la constante capacitancia su unidad es

coul/volt que es igual al farad (f)

Un condensador es un elemento del circuito que

ofrece poca resistencia a un potencial alterno y

una resistencia infinita a un potencial continuo.

POTENCIAL DE NERNST


37/52

POTENCIAL DE NERNST

El potencial de reposo de una clulaes producido por diferencias en la

permeabilidad de la pared celular alos diferentes iones.


38/52


39/52

POTENCIAL DE NERNST


40/52

POTENCIAL DE NERNST

Es negativo cuando la membrana espermeable a los iones positivos, y es

positivo cuando la membrana espermeable a los iones negativos.


41/52

la pared celular acta como un

condensador con carga positiva en el

interior y carga negativa en el

exterior.


42/52

La pared celular acta como uncondensador con una reaA de unos

y un espesor de unos sucapacidad Cse calcula

Tanto en el fluido intracelular como


43/52

Tanto en el fluido intracelular como

en el extracelular se disuelven

muchas clases de iones, perosolamente aquellos iones que pueden

difundirse a travs de la pared de laclula contribuyen al potencial de

Nernst. En el estado de reposo, la

pared celular es permeable solo a los

iones K+ y Cl-


44/52

La pared de las clulas nerviosas y


45/52

La pared de las clulas nerviosas y

musculares tiene la capacidad de

cambiar su permeabilidad relativa alos iones K+ y Na+, cuando una

clula es estimulada elctrica,qumica o mecnicamente, la pared

de la clula se hace permeable de

repente a los Na+.

La repentina subida y bajada del


46/52

La repentina subida y bajada del

potencial celular, recibe el nombre de

potencial de accin.

El potencial de nernst se determina


47/52

El potencial de nernst se determina

tanto por la diferencia en la

concentracin de los iones en losfluidos intracelulares y extracelulares

como por la permeabilidad selectivade la pared celular a los iones de

diferentes clases.


48/52

El interior del axon tiene un

potencial de -85 mV con respecto alfluido extracelular.

Transmisin de un impulso


49/52

Transmisin de un impulso

nervioso a lo largo de un axon.

Cuando un impulso nervioso


50/52

Cuando un impulso nervioso

alcanza una clula muscular,

produce un potencial de accin enla clula muscular.

Antes de cada latido del corazn se

extiende por este un gran potencial

de accin.

ELECTROCARDIOGRAMA


51/52

ELECTROCARDIOGRAMA

NORMAL


52/52

Clase 9 -Bioelectricidad Semana 10

Documents

Transcript of Clase 9 -Bioelectricidad Semana 10