Elettrocardiogramma e differenza di potenziale, Slide di Fisica

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ECG - ElettroCardioGramma

registrazione grafica della attività elettrica del cuore

Siamo una macchina elettrica………

cioè utilizziamo segnali elettrici per il

funzionamento del nostro sistema nervoso

Le cellule nervose e muscolari di mammifero

presentano, in condizioni di riposo, una differenza di

potenziale elettrica tra interno ed esterno:

V = - 90 mV

Si dice che esse sono ‘ polarizzate ’

Una carica elettrica Q crea intorno a sé un CAMPO

ELETTRICO

Q

q

E

4 πε 0

Q

r 2 r

Una carica q posta nel

campo elettrico E subisce

una forza

attrattiva o repulsiva

F

= qE

= q

4 πε 0

Q

r 2 r

4 πε 0 qQ r 2 r

ENERGIA POTENZIALE

Il lavoro fatto da una forza conservativa è uguale alla

variazione dell’Energia Potenziale cambiata di segno

La differenza di potenziale d.d.p

Vediamo le dimensioni:

le cariche si misurano in COULOMB (C),

le forze in NEWTON (N)

dunque il campo elettrico si misura in N/C ,

l’energia si misura in JOULE (J)

dunque il potenziale elettrico si misura in J/C = VOLT (V)

ΔV = E Δs

il campo elettrico si può anche misurare in V/m.

L’origine fisica di questa differenza di potenziale si deve alla

‘competizione’ tra :

-la tendenza a diffondere attraverso la membrana cellulare

delle sostanze che si trovano a diversa concentrazione

all’interno ed all’esterno della cellula e per cui la membrana

è permeabile.

Questa forza tenderebbe ad eguagliare le concentrazioni

ma….

• gli ioni sono dotati di carica elettrica , dunque esercitano

tra loro forze repulsive che contrastano il passaggio per

diffusione

In condizioni di riposo la membrana è permeabile per gli ioni K+ e Cl-.

L’equazione di Nerst descrive la relazione tra differenza di concentrazione e V:

V = KT/Ze log C

out

/ C

in (mV)

V = 61 log C

out

/ C

in

(mV)

C Cl- = 4 C K+ = 155 C K+ = 4 C Cl- = 120

Se opportunamente stimolata , la membrana cellulare diventa permeabile al Na , che entrando nella cellula ‘inverte’ il segno del potenziale elettrico: la cellula si ‘depolarizza’ A riposo non dà contributo perché la membrana è impermeabile al Na! C Cl- = 4 C K+ = 155 C Na+ = 12 C K+ = 4 C Na+ = 145 C Cl- = 120

Il movimento di cariche elettriche genera una corrente

( I = Δq/Δt , si misura in Ampere).

La relazione tra differenza di potenziale e intensità di

corrente è

data dalla prima legge di Ohm:

V

in

-V

out

= R I

dove R è la resistenza elettrica del conduttore ( si misura

in Ohm).

Come il nome già suggerisce, R indica la ‘difficoltà’ che il

conduttore interpone al passaggio di corrente. Nei buoni

conduttori R è bassa, negli isolanti è molto elavata.

Possiamo per semplicità rappresentare la cellula

come un circuito:

I = V

K

/R

K

+ V

Cl

/R

Cl

+ V

Na

/R

Na

= V/R

tot

dove i V sono i potenziali di Nerst

dei diversi ioni e R sono le resistenze

della membrana ai diversi ioni

Il potenziale complessivo si può esprimere come: V = V K Rtot/R K

+ V

Cl Rtot/R Cl

+ V

Na Rtot /R Na a riposo la membrana non è permeabile al Na, dunque R na è infinita. Ma se man mano la resistenza al Na si riduce, il potenziale totale può diventare positivo!

Dipolo e momento di Dipolo

Dipolo e

momento

di dipolo:

P

+q -q

d

r

1 r

2

r

Un corpo elettricamente neutro può avere un campo elettrico diverso da zero. Questo succede perché le cariche sono separate spazialmente

V ( P ) − V (∞) =

q 4 πε 0 ε r

r

r −

q 4 πε 0 ε r r − − r

r − r

q 4 πε 0 ε r r 2 d cos θ = m

4 πε 0 ε r r 2 cos θ Il potenziale elettrico generato da un dipolo **r 1 r 2

r**

P

θ d