CURSO DE BIOFÍSICA

Tema: Electricidad y Acción

Biológica de la Corriente Eléctrica

Objetivos:

-Conocer las nociones básicas del concepto de electricidad.

-Incorporar el manejo de unidades específicas del tema.

-Resolver problemas de aplicación.

-Relacionar los conocimientos adquiridos con la importancia a nivel biológico.

Contenidos: -Definiciones. Generalidades.

-Cantidad de electricidad. Ley de Coulomb.-Campo eléctrico. Líneas de fuerza.-Trabajo eléctrico. Potencial eléctrico. -Capacidad. Condensadores o capacitores.

Capacidad de un condensador.-Intensidad de corriente. Potencia eléctrica.-Resistencia. 1° y 2° ley de Ohm.-Ley de Joule.-Circuitos. Circuitos en serie y en paralelo.-Leyes de Kirchoff.-Instrumentos de medida.-Pilas.-Electrólisis. Leyes de Faraday.-Ejercicios de aplicación.-Acción biológica de la corriente eléctrica.-Acción excitante de la corriente continua.-Ley de Du Bois-Reymond.- Corrientes alternas.

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 eléctrica

En 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 Eléctrica

Aisladores 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 ++

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”.

Ley de Coulomb

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

qVWelect .

Potencial eléctrico

qVWq

W

q

EpV elect .;

)(.. vuesques

ergiosgc volt

cb

JouleSKM :..

Unidades derivadas

mV (milivolt) = 10–3 volt

V (microvolt) = 10–6 volt

KV (kilovolt) = 103 volt

MV (megavolt) = 106 volt

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 .

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 proporcional a la Sección S

KS

LR

1

;

= resistividad = . cm. K = conductividad = –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

Código de colores de las resistencias / resistores

Las resistencias son fabricadas en una gran variedad de formas y tamaños.En las más grandes, el valor de la resistencia se imprime directamente en el cuerpo de la misma, pero en las más pequeñas no es posible. Para poder obtener con facilidad el valor de la resistencia / resistor se utiliza el código de colores Sobre estas resistencias se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final de la resistencia. Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor, la tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final de la resistencia. La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su confiabilidad

Ejemplo: Si un resistor tiene las siguiente bandas de colores:rojoamarilloverdeoro245+/- 5 %La resistencia tiene un valor de 2400000 Ohmios +/- 5 %El valor máximo de esta resistencia es: 2520000 ΩEl valor mínimo de esta resistencia es: 2280000 ΩLa resistencia puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados

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

i1

i2

I0

R2

R1

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:

a) Imán Fijo y Cuadro Móvil

b) Cuadro Fijo e Imán Móvil

Voltímetro: Conexión en paralelo

Electrólisis

Leyes de la electrólisis. Leyes de Faraday

Primera 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