c u r s o d e b i o fÍ s i c a(97 2003)
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INSTITUCIÓN EDUCATIVA “JULIO CÉSAR GARCIA”ÁREA DE CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL
PROFESOR: EDUARDO JAIME VANEGAS LONDOÑO
CURSO DE BIOFÍSICA
CURSO DE BIOFÍSICA
Tema: Electricidad y Acción
Biológica de la Corriente Eléctrica
Profesor: Eduardo Jaime Vanegas Londoño
Definiciones
Electrostática: Estudio de cargas eléctricas en reposo.
Electrodinámica: Estudio de las cargas eléctricas en movimiento.
Por frotamiento ciertos cuerpos son capaces de ceder o ganar electrones y de esa forma se cargan electrostaticamente
+ + +
+ + +
- - - - - -
++ ++
- - - -
Las Cargas se igualan
Este pasaje de cargas en realidad consiste en pasaje de Electrones del cuerpo de mas carga al de menos y
Se denomina Corriente eléctricaEn el caso de los cuerpos cargados Positivamente este pasaje se realiza del de menor Carga positiva hacia el de mayor, en el caso de cuerpos cargados negativamente, el pasaje es del de mayor al de menor carga
Las fuerzas observadas entre protones y electrones conducen al enunciado
"CARGAS DE LA MISMA ESPECIE SE REPELEN Y CARGAS DE DISTINTA CLASE SE ATRAEN"
Conductores:
Cuerpos que conducen la Corriente EléctricaAisladores o Dieléctricos:
Cuerpos que no permiten el Pasaje de la Corriente Eléctrica
CONDUCTORES: Conductores de primer grado: son los conductores metálicos, en cuyo interior hay cargas libres que se mueven por la fuerza ejercida sobre ellas por un campo eléctrico. Las cargas libres son electrones libres. No existe transporte de masa.
e-
e-.
Forma de conducción de la corriente en un Conductor de Primer Grado
Conductores de segundo grado: son los electrolitos, cuyas cargas libres son iones (+) o (-), muy importantes biológicamente, constituidos por soluciones de distinta concentración de ácidos, hidróxidos, sales. Las cargas libres de ambos signos se mueven en el sentido contrario.
Forma de conducción de la corriente en un
Conductor de Segundo Grado
SO4Cu SO4-- + Cu ++
Cantidad de electricidad.
Ley de Coulomb
Coulomb encontró que “la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia d que la separa), es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. La fuerza también depende de la cantidad de carga de cada cuerpo”.
q = I . t
221
d
qqkF
⋅⋅=
Donde: :
F = fuerza; d = distancia;
q1 y q2 = cargas y k= constante( Dieléctrica del
Medio).
Campo eléctrico
Se dice que existe un campo eléctrico en un punto, si sobre un cuerpo cargado colocado en dicho punto se ejerce una fuerza de origen eléctrico.
22
.
'.
'..
d
qk
qd
qqk
q
FE ===
→→
Campo Eléctrico : Unidades
)(...
ques
dinasgc =
cb
NewSKM =...
LÍNEAS DE FUERZA
TRABAJO ELÉCTRICO
12
'... EpEpEp
d
qqkdF −=∆===ω
qVWelect .=
POTENCIAL ELÉCTRICO
qVWq
W
q
EpV elect .; ===
( ) )(.. vuesques
ergiosgc ==
voltcb
JouleSKM ==:..
Unidades derivadas
mV (milivolt) = 10–3 volt
µV (microvolt) = 10–6 volt
MG (megavolt) = 106 volt
KV (kilovolt) = 103 volt
)(300
11 vuesvolt=
CAPACIDAD:
)(; FFaradiovolt
cb
V
qC ==
INTENSIDAD DE CORRIENTE
t
qI= )(AmperA
seg
cb =
RESISTENCIA
Primera ley de Ohm
Cuando una corriente eléctrica circula por un conductor metálico, la relación entre la diferencia de potencial (V) y la intensidad (I) es igual a una constante, denominada resistencia (R).
I
VR=
R
VI=
RIV .=
( )Ω= ohmA
Volt
SEGUNDA LEY DE OHM
Si tomamos un conductor (alambre de cobre) rectilíneo de sección constante, se comprueba que la resistencia es directamente proporcional a la longitud L. e inversamente propoprcional a la Sección S
KS
LR ==
ρρ 1
;
ρ = resistividad = Ω . cm. K = conductividad = Ω–1.cm–1
LEY DE JOULE
tRIqVW ... 2==
Q = 0,24 .I2. R .t calorías.
CIRCUITOS
1) Un generador: pila, batería, acumulador, en los cuales se establece entre los bornes una diferencia de potencial y entrega de energía a las cargas que circulan.
2) Un receptor: lámpara, resistencia de plancha, estufa, motor que recibe dicha energía y la utiliza.
3) Conductor: que conecta a ambos (cables).
4) Instrumentos de medida y control: amperímetro (mide intensidad de corriente), voltímetro (mide la diferencia de potencial).
Circuitos en serie La Resistencia total o equivalente es:
R = R1 + R2 + R3 +………
+ _
R1 R2 R3
V
Circuitos en paralelo La diferencia de potencial (d.d.p.) entre los extremos de cada resistencia es la misma.
1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 +…….
En consecuencia, R total es igual a la inversa de 1/R.
i1
i2
I0
R1
R2
LEYES DE KIRCHOFF:
Dichas leyes se refieren a la forma en que la corriente circula cuando el conductor presenta un nudo.
Nudo: punto de la red en el cual se unen o salen varios conductores.
Primera ley: La suma algebraica de las intensidades de las corrientes que se dirigen a cualquier nudo de la red es igual a cero.
I0= I1+ I2 R1
i1
i2
I0
R2
SEGUNDA LEY: La suma algebraica de la diferencia de potencial en una malla de una red es igual a la suma algebraica del producto I · R de la misma malla.
Malla: Recorrido de un conductor en un circuito cerrado.
De acuerdo a lo expresado por la ley, la intensidad en cada rama será inversamente proporcional a la resistencia.
Instrumentos de medida
Galvanómetros: detecta el pasaje de corriente eléctrica. Se conecta en serie al circuito. Resistencia interna despreciable
Amperímetros: mide intensidades de corriente eléctrica. Se conecta en serie al circuito. Pequeña Resistencia interna
Voltímetros: mide diferencia de potencial (voltajes o tensiones). Se conecta en paralelo al circuito. Gran resistencia interna.
Figura 1.- Conexión de un amperímetro en un circuito
Galvanómetro:
b) Imán Fijo y Cuadro Móvil
b) Cuadro Fijo e Imán Móvil
Voltímetro: Conexión en paralelo
ELECTRÓLISIS
LEYES DE LA ELECTRÓLISIS. LEYES DE FARADAYPrimera Ley : El material depositado o desprendido en los electrodos al paso de una corriente es proporcional a la Cantidad de Electricidad.
m ∼ I . t
m ~ q
SEGUNDA LEY
m ~ Eq
Si por una serie de cubas electrolíticas circula
la misma cantidad de electricidad, la masa
depositada o desprendida en cada electrodo es
proporcional al equivalente químico de la
sustancia
m = Eq. I . t
F
F = 96500 cb
F = Constante de Faraday
Eq = Eeq
F
m = Eeq. I. t
ACCIÓN BIOLÓGICA DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
CORRIENTE CONTINUA :
C
A B
T1
T2
T3
( I ) y
X = t (tiempo)
Zona donde es válida la
Ley de Ohm I
Ley de Du Bois – Reymond
"la acción excitante de una corriente
eléctrica no está determinada por su
intensidad ni densidad, sino por la
relación Variación de I sobre Variación de
t , siendo ∆ I la variación de intensidad
de la corriente y ∆t el tiempo requerido
para esta variación“
UmbralesReobase: Es la intensidad de corriente umbral necesaria para excitar un nervio, en el cierre negativo actuando durante un tiempo suficientemente largo.
Cronaxia: Es el tiempo umbral necesario para provocar una contracción cuando la intensidad de la corriente es igual a dos veces la reobase.
ACCIÓN EXCITANTE DE LA CORRIENTE CONTINUA
Electrotonos:
Electrotono Físico. Electrotono Fisiológico.
CORRIENTES ALTERNAS
La corriente Alterna de la Linea tiene 50—60 Ciclos/ seg
Tetanización muscular: Cuando la intensidad de corriente alterna es muy alta o ésta actúa durante un tiempo largo, se produce la Tetanización muscular que es una contracción permanente e irreversible del músculo producida por la destrucción de la fibra muscular por lisis de sus proteínas.
Corrientes de Alta Frecuencia:
Efectos Térmicos:
Diatermia
Alta frecuencia y Baja Intensidad
Bisturí electrico ( Electrobisturí)
Alta frecuencia y Alta Intensidad
Tienen cientos de miles de ciclos / seg
Bisturí eléctrico ( Electrobisturí)
Electrobisturí
Diatermia
Cauterio dipolar
Bibliografía
Guias de la Cátedra 2007
Muraccioli J.C Manual de Biofísica 1965
Rossignoli J.J. y otros Guia de T. P . De Física Biológica
Wernicke R. Física Biológica Tomo II