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Fundamento físico de la electricidad y magnetismo en el cuerpo humano -…
Fundamento físico de la electricidad y magnetismo en el cuerpo humano
CONCEPTOS DE ELECTRICIDA
Carga Eléctrica
Es una propiedad de los cuerpos que se manifiesta en diversos fenómenos, como la aparición de fuerzas de atracción y repulsión, la producción de chispas y otros. Esta se mide en Culombios (C).
Campo Eléctrico
El campo eléctrico es una magnitud vectorial, se define como un campo físico que se representa por medio de un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.
Representado mediante la ecuación
Donde
´´E´´ representa el campo eléctrico, el vector unitario ´´u´´ indica la dirección de la interacción, la constante k = 8,99-109 N-m2/C y la letra ´´q´´ equivale a la carga dada.
Corriente Eléctrica
El paso de carga eléctrica hacia un lado de una superficie se llama corriente eléctrica a través de dicha superficie y hacia ese lado.
De aquí se derivan factores como:
La intensidad de la corriente eléctrica (I)
Es la cantidad de carga que circula por una sección en la unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el amperio (A, culombio por segundo). El sentido de circulación de la corriente eléctrica es, por convenio, el del movimiento de las cargas positivas.
Potencia eléctrica
Es la cantidad de energía eléctrica consumida (o generada) por un dispositivo por unidad de tiempo, y en el Sistema Internacional se mide en vatios (W). Se dice que un dispositivo eléctrico es «activo» cuando genera energía eléctrica, y «pasivo» cuando la consume.
Las resistencias son elementos eléctricos pasivos, y por tanto consumen potencia. La potencia consumida se calcula mediante la Ley de Joule: P = I . V = I2 . R = V2 / R.
La expresión I2 . R se usa cuando I es constante, y la otra expresión, V2 / R, cuando V es constante.
Potencial Eléctrico
El potencial eléctrico es una magnitud escalar, una medida de la capacidad de atracción o repulsión que tiene una carga q sobre otra carga q’, de valor unidad, situada en sus alrededores.
Se puede calcular mediante la expresión matemática:
Diferencia de Potencial
Se define como la diferencia entre los potenciales eléctricos medidos en cada uno de esos puntos (Vj y V2). En el Sistema Internacional, la diferencia de potencial se mide en voltios (V).
Resistencia eléctrica: Ley de Ohm
Postulada por el físico y matemático alemán George Simon Ohm (1789-1854)
El flujo de corriente en ampere circula por un circuito eléctrico, es directamente proporcional a la tensión o voltaje , e inversamente proporcional a la resistencia en Ohm de la carga.
Circuitos eléctricos de corriente
continua
Son aquellos en que la diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera del circuito, y por tanto la corriente eléctrica que circula por ellos, son constantes en el tiempo.
Se puede dividir en dos:
Resistencias eléctricas en serie
Cuando están conectados del extremo de salida de uno al extremo de entrada del otro y no hay otros cables que se ramifiquen de los nodos entre los componentes.
La resistencia equivalente (Req) de n resistencias en serie, una detrás de otra, R1, R2,..., Rn, es la suma de las resistencias: Req = R1 + R2 +... +Rn
Resistencias eléctricas en paralelo
Cuando un extremo de todos los resistores están conectados por un alambre continuo de resistencia insignificante y el otro extremo de todos los resistores también están conectados entre sí por un alambre continuo de resistencia insignificante.
La resistencia equivalente (Req) de n resistencias en paralelo (R1, R2,..., Rn) es la suma de las conductancias: Geq = G1 +G2 +... +G , o lo que es lo mismo, 1/Req = 1/R1 + 1/R2 +... + 1/Rn
Condensadores eléctricos
Es un elemento eléctrico pasivo capaz de almacenar carga y energía eléctrica.
Función
Dos placas de material conductor de la corriente eléctrica separadas por un material aislante o aire. Al conectar cada una de las placas a un potencial eléctrico diferente se genera una corriente eléctrica que transporta cargas eléctricas hacia las placas, donde se almacenan. La corriente cesa una vez que las placas están cargadas por completo.
La capacidad de un condensador se define como la cantidad de carga que puede almacenar dividida por la diferencia de potencial aplicada entre sus placas
(C = q/V)
. En el Sistema Internacional la capacidad se mide en faradios
(F, culombio/voltio)
.
Autoinducción
Es una propiedad de los cuerpos por la cual muestran inercia a las variaciones de corriente eléctrica a través de ellos.
Analogía entre hidráulica
y electricidad
Ejemplos:
El movimiento de las cargas eléctricas a través de un conductor es análogo al de un fluido por una tubería, y el papel que desempeñan las cargas en la corriente eléctrica vendría dado en hidráulica por la masa del fluido.
La intensidad sería análoga al del caudal de un fluido que es el volumen por unidad de tiempo que atraviesa una sección de tubería.
El potencial eléctrico sería análogo a la altura del depósito, que podemos considerar como la energía potencial que almacena un fluido.
Existe una analogía entre la corriente eléctrica y la hidráulica si asimilamos la diferencia de potenciales (d.d.p) a la diferencia de altura. La corriente eléctrica baja los potenciales del mismo modo que la corriente de agua desciende las alturas.
Aparatos de medida
Amperímetro
Instrumento que sirve para medir la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un circuito.
Voltímetro
Permite determinar el valor de la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito.
Ohmímetro
Dispositivo que permite medir la resistencia de un circuito. Esencialmente se compone de una pequeña batería que aplica un voltaje a la resistencia que pretendemos medir, y mediante un galvanómetro se determina la corriente que circula por ella.
Circuito eléctrico equivalente de la membrana celular
Los potenciales de acción son cambios del potencial de membrana que se propagan a lo largo de la superficie de células excitables. Se conocen mejor en las células nerviosas y musculares, pero también ocurren en otras células, entre ellas las células huevo asociadas con la fecundación.
Efectos que tiene la diferencia de potencial entre el interior y el exterior de la membrana celular:
1) Produce una corriente eléctrica a través de los canales iónicos de la membrana.
2) Produce una acumulación de carga a ambos lados de la membrana.
Electricidad en el cuerpo humano
Es esencial para una amplia variedad de funciones biológicas, incluida la transmisión de señales nerviosas, la contracción muscular y la regulación de diversos procesos fisiológicos.
Resistencias
Sangre: 0,7 Ω m
Músculo esquelético: 1,25-18 Ω m
Grasa: es de 20 Ω m
Hueso: es de más de 40 Ω m
Piel: 107 Ω m si está seca y de 105 Ω m si está húmeda.
Transmisión nerviosa
Es esencial para la comunicación entre las células nerviosas y juega un papel fundamental en una amplia variedad de funciones fisiológicas, incluyendo el movimiento muscular, la percepción sensorial, la regulación de la frecuencia cardíaca, entre otras.
Canales iónicos, células ciliadas, equilibrio, gusto y olfato
Los canales iónicos son componentes fundamentales en la transducción de señales sensoriales en una variedad de sistemas sensoriales, incluidos el oído, el equilibrio, el gusto y el olfato. Su función es esencial para la percepción y el procesamiento de información sensorial en el cuerpo humano.
Las propiedades
Eléctricas del corazón
Se refieren a su capacidad para generar y transmitir señales eléctricas que coordinan las contracciones del músculo cardíaco. Esto se logra a través de un sistema de conducción eléctrica especializado, que incluye el nodo SA, el nodo AV, el haz de His y las fibras de Purkinje. Estas señales eléctricas se registran mediante un electrocardiograma (ECG) y son fundamentales para mantener un ritmo cardíaco normal y una función cardiaca adecuada.
Efectos del electroshock
Puede tener efectos tanto terapéuticos como secundarios. Se utiliza para tratar trastornos psiquiátricos graves como la depresión resistente al tratamiento. Los efectos terapéuticos incluyen una mejoría rápida de los síntomas, especialmente la depresión severa, aunque puede haber efectos secundarios temporales como confusión y pérdida de memoria a corto plazo.
Señales eléctricas en el cerebro
Son generadas por la actividad eléctrica de las neuronas y son fundamentales para el funcionamiento del sistema nervioso. Estas señales, conocidas como potenciales de acción, forman redes neuronales que permiten procesos cognitivos, sensoriales y motores.
Propiedades magnéticas
Se refieren a cómo los materiales interactúan con los campos magnéticos. Pueden ser paramagnéticos, diamagnéticos o ferromagnéticos, dependiendo de cómo responden a estos campos. Estas propiedades son clave en muchas aplicaciones tecnológicas y científicas.
Ondas electromagnéticas
Son la propagación de un campo eléctrico y un campo magnético variables en el tiempo y en el espacio. Todas ellas se propagan a la misma velocidad (c), pero cada una tiene una frecuencia (v) y una longitud de onda (ƛ) diferente. Ambas variables se relacionan mediante la expresión c = ƛ v.
Ejemplos
Ondas de radio, las microondas
La radiación infrarroja
La luz visible
La luz ultravioleta
Los rayos X
Los rayos gamma.
