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Fuerza entre cargas eléctricas. Ley de Coulomb.
Las cargas Q y q deben llevar su signo, de manera que cargas del mismo signo se repelan, y de distinto signo se atraigan.
r: módulo del vector que une Q con q: distancia entre las cargas.
: vector unitario en la dirección de Q a q.
En el S.I. las cargas se expresan en culombios (C) la fuerza en N y la constante de Coulomb vale: k = 9×109 Nm2/C2.
Desde luego, la carga q ejerce sobre Q una fuerza igual y de sentido contrario (porque en este caso el vector ur cambia de sentido)
Campo y potencial eléctrico.
Una manera alternativa de describir la interacción eléctrica es afir-mar que la carga Q crea, en todos los puntos de su entorno, un campo eléctrico de intensidad:
y que cuando una carga q está situada en un punto del espacio en el que existe un campo eléctrico , sobre ella actúa una fuerza:
Ahora bien, es fácil ver que el campo vectorial E deriva de un campo escalar, que se denomina potencial eléctrico V :
Energía potencial eléctrica de una carga q situada en un punto ( ) :
Unidades: - el potencial eléctrico se mide en voltios ( V )
- el campo eléctrico E se mide en V/m (sin nombre propio)
- la energía potencial U , en julios.
Trabajo eléctrico
FENOMENOS BIOELÉCTRICOS
El trabajo que realiza el campo eléctrico cuando desplaza la carga
q del punto 1 al punto 2 es:
Luego: W = q ( V 1 – V 2) , trabajo=carga× disminución del potencial
Vemos también que: 1 V = 1 J / 1 C
Las cargas positivas se mueven en el sentido de los potenciales decrecientes, y las negativas al revés.
Corriente eléctrica
En un medio conductor de la electricidad existen portadores de carga capaces de desplazarse, con mayor o menor facilidad, cuando se aplica al medio una diferencia de potencial, es decir, un campo eléctrico. Estos portadores pueden ser electrones (en el caso de un metal), o bien iones positivos o negativos (en el caso de un tejido orgánico, o de una disolución electrolítica, etc.).
Intensidad de corriente
En un conductor filiforme (un cable) se define la intensidad de corriente:
I : carga (en C ) que atraviesa por segundo una sección S del cable.
Unidad de intensidad: amperio ( A ). 1 A = 1 C / 1 s
q : carga de cada portador (con su signo).
n : nº de portadores por unidad de volumen
u : velocidad media de los portadores, debida al
arrastre del campo eléctrico.
S : sección transversal del cable
Debido al signo de q , la intensidad tendrá el mismo sentido que la velocidad en el caso de cargas positivas, y distinto sentido si las cargas son negativas. La velocidad de arrastre u será constante, por el equilibrio entre la fuerza del campo, que empuja, y la fricción que frena.
Densidad de corriente
En el caso de que el conductor tenga una forma cualquiera extendida en las tres dimensiones del espacio (por ejemplo, un tejido orgánico), resulta más útil, en lugar de la intensidad I , hablar de densidad ( o flujo ) de corriente J , que se define como la carga por segundo que atraviesa una unidad de superficie perpendicular al movimiento de las cargas.
Potencia consumida en una resistencia. Ley de Joule.
Para hacer pasar una corriente I por una resistencia R, aplicando una diferencia de potencial ∆ V , es necesario consumir una potencia:
P = I∆V = I^2 R = (∆ V ) 2 / R.
Calor disipado por segundo: Q = 0,24 I^2 R cal.
Fuerza electromotriz de un generador. Ley de Ohm de un circuito
La f.e.m. de una pila, batería o dinamo,E , es la energía que el generador proporciona a cada unidad de carga. Si la resistencia interna del generador es r , y la resistencia equivalente del circuito R, se tiene:
I = E /( r + R )
Condensadores.
Un condensador eléctrico es un dispositivo para almacenar carga. El más simple consiste en dos placas metálicas separadas por un aislante.
Cuando se les aplica una diferencia de potencial V, las placas se cargan con una carga q , una positiva y la otra negativa. Para cada condensador, el cociente entre q y V es una constante, que recibe el nombre de capacidad , C :
C se mide en faradios ( F )
Las dos placas pueden ser plano-paralelas, cilíndricas, esféricas,...
Condensadores acoplados en serie:
Condensadores en paralelo: C=C 1 + C 2 +…+ C n
Energía de un condensador cargado:
EL CITOPLASMA Y EL MEDIO EXTRACELULAR
La concentración de los distintos tipos de iones no es la misma en el citoplasma de la célula que en el fluido intersticial exterior. También hay una diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de las células.
LA MEMBRANA CELULAR
MEMBRANA CELULAR
La membrana celular es una fina capa d(10-8^ m)dieléctrica.
B) Está compuesta por una doble capa lipídica con los extemos hidrofóbicos hacía y las cabezas hidrofílicas hacía el exterior.
FLUJOS IÓNICOS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA
La membrana celular es permeable, en mayor o menor medida, al paso de los distintos tipos de iones.
Por eso se establece un flujo de iones a través de la membrana.
Los iones positivos (cationes) se mueven en sentido descendente del potencial. Los iones negativos (aniones) en sentido ascendente.
El flujo total resultante de un tipo concreto de iones es la suma de sus flujos de difusión y electrógeno (que
pueden tener el mismo sentido o distinto): Jtotal = Jdif + J el
POTENCIAL DE NERNST
Para que se produzca un estado de equilibrio, en el que las concentraciones de una especie iónica dada se
mantengan invariables en el tiempo a ambos lados de la membrana, ha de ocurrir que Jtotal = 0 , o sea, Jdif
y Jel tienen que ser de distinto sentido y el mismo valor absoluto , condición que da lugar a la fórmula
del potencial de membrana de Nernst:
Nota importante: El potencial de Nernst no es el potencial de membrana real que existe, sino el que tendría
que existir para que no hubiera flujo neto de la especie iónica considerada, para los valores dados de ni y
ne.
SENTIDO DEL FLUJO IÓNICO
Para determinar el sentido del flujo de un ión concreto (es decir, si está dirigido hacia dentro o hacia fuera
de la célula) conociendo los valores de las concentraciones ni , ne y el potencial de membrana
Vm = Vi – Ve , se procede así:
1º.- Se estima el sentido de Jdif y Jel. Si son el mismo , ése es el sentido de Jtotal.
2 º.- Si son distintos , se calcula el potencial de Nernst y se compara con el real. Si el de Nernst es mayor que
el real, los cationes entran y los aniones salen. En caso contrario, es al revés.
BOMBA DE SODIO POTASIO
EL POTENCIAL DE ACCIÓN Y LOS FLUJOS IÓNICOS
PROPAGACIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO
Etapas de desarrollo del potencial de acción y su relación con los flujos iónicos a través de la membrana del axón (los valores numéricos corresponden al axón gigante del calamar).
Generación de circuitos de corriente locales dando lugar a la propagación (pasiva) de la despolarización de la membrana del axón.
La excitación de la neurona produce, en general, el disparo de un tren de pulsos de igual amplitud, con una cierta frecuencia , que cambia dependiendo de la intensidad de excitación.
Por tanto, los diferentes mensajes del sistema nervioso están codificados por medio de cambios en la frecuencia de los pulsos, no en la “altura” de los mismos, que es siempre la misma.
DIAPOSITIVAS TACHADAS DEL FINAL
