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7/31/2019 Clase 9 -Bioelectricidad Semana 10
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7/31/2019 Clase 9 -Bioelectricidad Semana 10
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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
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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
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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.
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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)
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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
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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
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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
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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
'
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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
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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
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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
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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
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Aisladores y Conductores
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
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Aisladores y Conductores
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
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Aisladores y Conductores
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
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Aisladores y Conductores
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)
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Aisladores y Conductores
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
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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
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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
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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
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Intensidad de la Corriente
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
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Intensidad de la Corriente
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
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Intensidad de la Corriente
Las unidades de la corriente (I) son:Coulomb/segundo que corresponde a la unidadllamada amperio (A)
Como
tIqtqI
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Intensidad de la Corriente
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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 ( )
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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.
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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.
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Variacin temporal de la corriente
transitoria en un circuito de
resistencia y condensador
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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
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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
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POTENCIAL DE NERNST
El potencial de reposo de una clulaes producido por diferencias en la
permeabilidad de la pared celular alos diferentes iones.
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POTENCIAL DE NERNST
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POTENCIAL DE NERNST
Es negativo cuando la membrana espermeable a los iones positivos, y es
positivo cuando la membrana espermeable a los iones negativos.
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la pared celular acta como un
condensador con carga positiva en el
interior y carga negativa en el
exterior.
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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
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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-
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La pared de las clulas nerviosas y
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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
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La repentina subida y bajada del
potencial celular, recibe el nombre de
potencial de accin.
El potencial de nernst se determina
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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.
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El interior del axon tiene un
potencial de -85 mV con respecto alfluido extracelular.
Transmisin de un impulso
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Transmisin de un impulso
nervioso a lo largo de un axon.
Cuando un impulso nervioso
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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
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ELECTROCARDIOGRAMA
NORMAL
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