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Introducción

La electricidad es una
fuerza fundamental de la
naturaleza, análoga a la de
la
gravedad,
cuya
diferencia radica en que la
fuerza de la gravedad
entre dos objetos depende
de su masa mientras que la
fuerza eléctrica depende
de su carga
La Carga Eléctrica es una Propiedad Básica
de las Partículas Elementales:



Electrones
Protones
Neutrones
Componen toda la
materia ordinaria
Lo que mantiene al átomo
unido es la fuerza
eléctrica entre sus
protones y electrones
¿En qué se Fundamenta la
Bioelectricidad ?

Leyes y principios de la física eléctrica

A partir de los cuales se estudian los fenómenos
bioeléctricos que ocurren en el organismo:




Transporte de iones a través de la membrana
Transferencia de los impulsos nerviosos
Contracción de las fibras musculares, etc.
Y para la comprensión de dispositivos que
proporcionan diversos registros eléctricos:



Electrocardiograma
Electroencefalograma
Electromiograma, etc.
Carga Eléctrica: Ley de Coulomb

La carga como la masa es una propiedad
fundamental de la materia, y son de dos tipos:



Carga positiva, asociadas al protón
Carga negativa, asociadas al electrón
Por tanto las fuerzas eléctricas pueden ser de
atracción o de repulsión: regidas por la ley de
las cargas (cargas iguales repelen y contrarias
se atraen)
Principios Físicos

Carga eléctrica




Electrón = Protón
Equivale a 1,6 x 10-19
Unidad de carga: Coulomb (C)
La fuerza eléctrica entre dos objetos con cargas q1
y q2 separadas por una distancia r es: Fe  k  qrq
 Donde k es la constante eléctrica universal :
1
2
2
2
N

m
k  9,0 x109 2
C
Fuerza Eléctrica


Depende del producto de las cargas de los objetos
como la fuerza de la gravedad depende del
producto de sus masas
Ambas fuerzas son inversamente proporcionales al
cuadrado de la distancia que separa los objetos

m1m2
Fg  G  2
r


Donde
N  m2
G  6,67 x10
Kg 2
11
Otra diferencia entre estas fuerzas es que la de
gravedad siempre es atractiva y la eléctrica puede
ser repulsiva
Campo Eléctrico



Las fuerzas eléctricas como las fuerzas
gravitacionales son fuerzas de acción a
distancia que se manifiestan sin que haya
ningún 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 eléctrico
análogo al campo gravitacional producido por
cada masa: atracción o repulsión
Campo Eléctrico

Si una carga que colocada en un punto del
espacio, experimenta una fuerza de origen
eléctrico, se dice que en este punto existe un
campo eléctrico producido por todas las
otras cargas q1, q2, … y que su intensidad
es: 

 F N
E
q' Coul

Como F es un vector y q’ un escalar, el campo
eléctrico es también un vector que tendrá la
dirección de F si q’ es positiva y la dirección
contraria si q’ es negativa
Campo Eléctrico


La carga q’ se denomina generalmente carga
de prueba.
El campo eléctrico se simboliza con la letra E,
es una magnitud vectorial y sus unidades son:
N/C
Potencial Eléctrico


Se le llama diferencia de potencial entre dos
puntos a la diferencia de energía potencial de una
carga dentro de un campo eléctrico entre estos dos
puntos dividido por el valor de la carga, o también
el trabajo realizado por la fuerza producida por el
campo dividido por la carga, es decir,
Va  Vb 
Ep( a )  Ep(b )
q'

w
q'

La diferencia de potencial Va-Vb se generaliza Vab
y se denomina a veces voltaje entre a y b.

Es una magnitud escalar puesto que es el cociente
entre dos magnitudes escalares y su unidad en
sistema S.I es de joul/coul que se denomina voltio
(v)
Aisladores y Conductores

A partir de la teoría atómica de
principios del siglo XX quedó
establecido científicamente que
la materia está compuesta de
átomos muy pequeños

Cada átomo tiene un núcleo aún
más pequeño, muy denso y
cargado positivamente; el cual
está rodeado de electrones
livianos
y
cargados
negativamente
Aisladores y Conductores

En muchos metales los electrones más cercanos están
fuertemente ligados al núcleo pero un electrón del
exterior puede estar relativamente libre para ser
transferido de un átomo a otro

Éstos electrones pueden moverse libremente y por lo
tanto son llamados “electrones libres”

Su movimiento explica la conducción eléctrica por un
alambre cuando es conectado a una batería o a un
generados eléctrico
Aisladores y Conductores

Al contrario de los electrones, los núcleos cargados
positivamente están fijos en un lugar dentro del cristal de
un metal y no contribuyen en nada a la conducción
eléctrica

Un buen conductor posee una cantidad apreciable de
electrones libres y por eso conduce la carga con una
resistencia relativamente pequeña; 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 la conducción de cargas o lo que es lo mismo
la carga se mueve con dificultad como por ejemplo la
goma, la madera, el hule, vidrio, corcho y la mayoría de
Aisladores y Conductores

Aquellas sustancias que conducen la carga con menor
capacidad que los metales, aunque mayor que los
aislantes se les llama semiconductores, por ejemplo:
silicio y germanio, utilizados para la fabricación de
transistores
 Al contrario de lo que sucede
en los metales, en los cuales
los electrones libres conducen
la electricidad, en los líquidos
la conducción de carga puede
deberse a átomos positivos y
negativamente cargados
Aisladores y Conductores

Cuando se disuelve sal de mesa (NaCl)
en agua los dos elementos se disocian
formando un ión Na+ cargado
positivamente y un ión Cl- cargado
negativamente

El átomo de Cl ha ganado un electrón y
el átomo de Na ha perdido uno
quedando cargado positivamente

Esta solución llamada electrolito, es
buena conductora; la conducción
electrolítica es esencialmente el
movimiento de éstos iones en
direcciones opuestas
Aisladores y Conductores

Algunos electrolitos típicos
son: cloruro de potasio
(K+Cl-), ácido sulfúrico
(H22+SO42-) y el agua misma
(H+OH-)
 El que un electrolito conduzca bien o mal la
electricidad depende de la valencia química
(número de electrones perdidos o ganados), el
grado de disociación y la concentración iónica
(número de iones por centímetro cúbico)
Aisladores y Conductores

No todas las soluciones conducen bien la
electricidad, depende de la disociación iónica
 El aceite, el alcohol y el
azúcar disuelta en el agua, la
piel seca, y la mayoría de las
membranas biológicas son
relativamente
malos
conductores

Sin embargo, los tejidos del
bajo la piel son electrolitos;
fisiológica es básicamente una
NaCl y el plasma sanguíneo
Ca+, Mg2+, Cl- y otros iones
cuerpo localizados
la solución salina
solución diluida de
contiene Na+, K+,
Corriente

Una corriente es un flujo de carga

Cuando una positiva se mueve desde una región
de potencial alto a otra de bajo potencial, su
energía potencial se transforma a otras formas de
energía

Por ejemplo, en una resistencia de calefacción la
energía potencial de la carga en movimiento se
transforma en calor, en una bombilla se
transforma en luz y calor, y en un motor se
transforma en energía mecánica
Corriente

Todos los aparatos eléctricos y electrónicos
utilizan corriente de un modo u otro,
también utilizan corriente los sistemas
biológicos, ellas intervienen en el transporte
de impulsos nerviosos a lo largo de una
fibra nerviosa
Intensidad de la Corriente

Una corriente eléctrica es un flujo de carga y
para que pueda mantenerse, alguna fuente debe
proveer la energía que conserve la diferencia
de potencial entre los extremos de un
conductor

Esta diferencia de potencial es lo que se llama
fuerza electromotriz (Fem) y su unidad es el
voltio
Intensidad de la Corriente
 En los metales, los electrones
externos de los átomos se mueven
libremente y los protones de los
núcleos están fijos; en cambio en
los conductores líquidos se pueden
mover tanto los iones positivos
como los negativos; así es como
una batería convierte energía
química en energía eléctrica

Por convención se considera que la dirección de la
corriente es la que corresponde al flujo de cargas
positivas en un sentido, aunque el flujo real de cargas
es debido al desplazamiento de los electrones en
sentido contrario
Intensidad de la Corriente

En electricidad se considera que el flujo de cargas
negativas en una dirección equivale al flujo de
cargas positivas en la dirección opuesta

La intensidad de la corriente eléctrica (I) se define
como la cantidad total de carga (Q) que pasa por
un punto dado del circuito en un tiempo (t)
q
I 
t
Intensidad de la Corriente


Las unidades de la corriente (I) son:
Coulomb/segundo que corresponde a la unidad
llamada amperio (A)
Como
q
I   q  I t
t
Intensidad de la Corriente



El trabajo (w) realizado para mover la carga
viene dado por:


w  q  V
 V  (V  V )
Donde V+ es el potencial en el borde positivo y
V- el potencial en el borde negativo
El trabajo realizado por segundo es la potencia
(P)
w q  V
P 
 I  V
t
t
Circuitos

Los circuitos consisten a menudo
en una red de resistencias
interconectadas, como lo indica la
figura

El problema básico de la teoría de
circuitos es hallar la intensidad de
la corriente en cada rama del
circuito, cuando se conocen los
valores de las resistencias

El análisis de ésta o cualquier otra
red
utiliza
dos
principios
conocidos
como
leyes
de
Kirchhoff
Primera Ley de Kirchhoff


La intensidad total de la
corriente que entra en un punto
cualquiera del circuito es igual
a la intensidad que sale del
punto
Esta ley es una consecuencia
del hecho de que no se acumula
carga en un punto de un
circuito, de modo que sale de él
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
LEY DE OHM
Gracias a las investigaciones de George
Ohm acerca de la conducción eléctrica
en barios materiales, se toma como
deducción que el cociente entre el
voltaje aplicado a un conductor y la
corriente, este es constante y se llama
resistencia
Formula matemática:
V
V  IxR  R 
I
luego la unidad de resistencia es
1Voltio
1(Ohm) 
1Amperio
Esta ley es valida solo para ciertos
materiales (metales), esta ley en su uso
de aplicación se da primordialmente en
circuitos eléctricos.
FUERZA ELECTROMOTRIZ
La fuerza electromotriz es la
cantidad de energía, 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.
Ecuación:
E= IR + Ir
como V= IR
E= V + Ir
ley de ohm
V= E - Ir
CONDENSADORES
Un 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
electrónico.
En un circuito, el condensador es
simbolizado por
esta conectado en
serie a una resistencia (R) y una batería.
Como hay aislamiento entre
las placas del condensador,
la carga no puede fluir por
este elemento y por lo tanto,
no se puede establecer una
corriente continua a través
de un condensador.
Sin embargo cuando el interruptor
(s), se encuentra cerrado, se
producirá una corriente transitoria
a través de la resistencia, puesto
que los electrones fluyan de una
placa del condensador a otra.
En consecuencia, la carga positiva (q)
se acumula sobre una placa, mientras
que una cantidad igual de carga
negativa (q) se acumula en la otra.
(V= Vc - Vd) sea igual a la fuerza
electromotriz de la batería.
La figura muestra que la corriente
transitoria (i) es grande en el
instante en el que se cierra el
interruptor, pero disminuye
rápidamente 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.
Variación temporal de la corriente
transitoria en un circuito de
resistencia y condensador
variación 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 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
El potencial de reposo de una célula
es producido por diferencias en la
permeabilidad de la pared celular a
los diferentes iones.
POTENCIAL DE NERNST
Es negativo cuando la membrana es
permeable a los iones positivos, y es
positivo cuando la membrana es
permeable a los iones negativos.
la pared celular actúa como un
condensador con carga positiva en el
interior y carga negativa en el
exterior.
La pared celular actúa como un
condensador con una área A de unos
y un espesor de unos
su
capacidad C se calcula
Tanto en el fluido intracelular como
en el extracelular se disuelven
muchas clases de iones, pero
solamente aquellos iones que pueden
difundirse a través de la pared de la
célula contribuyen al potencial de
Nernst. En el estado de reposo, la
pared celular es permeable solo a los
iones K+ y Cl-
La pared de las células nerviosas y
musculares tiene la capacidad de
cambiar su permeabilidad relativa a
los iones K+ y Na+, cuando una
célula es estimulada eléctrica,
química o mecánicamente, la pared
de la célula se hace permeable de
repente a los Na+.
La repentina subida y bajada del
potencial celular, recibe el nombre de
potencial de acción.
El potencial de nernst se determina
tanto por la diferencia en la
concentración de los iones en los
fluidos intracelulares y extracelulares
como por la permeabilidad selectiva
de la pared celular a los iones de
diferentes clases.
El interior del axon tiene un
potencial de -85 mV con respecto al
fluido extracelular.
Transmisión de un impulso
nervioso a lo largo de un axon.
Cuando un impulso nervioso
alcanza una célula muscular,
produce un potencial de acción en
la célula muscular.
Antes de cada latido del corazón se
extiende por este un gran potencial
de acción.
ELECTROCARDIOGRAMA
NORMAL