Universidad Nacional de Colombia Curso de Fluidos y Electromagnetismo BioCiencias
BIOELECTRICIDAD Profesora Yuly Edith Sanchez MSc. Departamento de Física
Bibliografía
Física Universitaria Sears & Zemansky Cap 22 – 23 -24 Introducción a la física y biofísica Gonzalez Ibeas Cap 9
Bibliografía
Física Universitaria Sears & Zemansky Cap 22 – 23 -24 Introducción a la física y biofísica Gonzalez Ibeas Cap 9
Objetivos Describir las propiedades de la carga eléctrica y el dipolo eléctrico. Describir campo eléctrico, potencial eléctrico y variaciones de potencial eléctrico.
La Carga Eléctrica La Masa: Naturaleza única - M (g, Kg) La carga: Naturaleza doble q »Positiva »Negativa La unidad de carga eléctrica es el Coulomb: 1 C = 6.23 x 1018 electrones Atracción
Repulsión
Charles Augustin de COULOMB (1736-1806)
Propiedades de la carga eléctrica... En la naturaleza, la carga eléctrica se encuentra en múltiplos de una unidad fundamental; la carga del electrón e. q = Ne
La carga del protón es: 1 p+ = 1.6019 x 10-19 C La carga del electrón es: 1 e- = -1.6019 x 10-19 C
La carga está cuantizada
La carga se conserva… La cantidad de carga que tiene un cuerpo, no se puede crear ni destruir, unicamente se puede intercambiar.
Materiales Aislantes
Materiales cargados…
Carga por Fricción Carga por contacto Carga por Inducción Materiales Conductores Materiales Aislantes
Materiales Conductores
Materiales Aislantes…
Fuerza Gravitacional F g
=
G
m1 m2 2
r
2
⎡ kg ⎤ G ⎢m ⎥ ⎢⎣ s ⎥⎦ ⎣ ⎦ ⎡ kgm ⎤ 2
=
2
GMm
F
=
R
2
GM R 2
g
=
ˆ F gmr
⎯ ⎯ ⎯ →
=
3
⎡m ⎤ ⎢ kg . s ⎥ ⎣ ⎦
=
G
Fuerza Eléctrica…
F e
=
K
q1q2 2
r
2
⎡ C ⎤ [ N ] K ⎢ ⎥ ⎣m ⎦ =
2
2
K
9
≈
2
2
9.0X10 N .m / C
⎡ N .m ⎤ ⎢ C ⎥ ⎣ ⎦ 2
=
K
Campo Eléctrico… El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se siente sus efectos.
E
=
K E
=
⎡ N ⎤ ⎢⎣ C ⎥⎦
F e q Qq 2
r q
=
K
Q r 2
+ Q
Energía Potencial Gravitacional A
C g d
B
F g =
m C g
ΔU g
m
=
C g =
W
mg =
m
g =
mgd
Potencial gravitacional g Campo gravitacional
φ g
U g =
m
E. Potencial Gravitacional y E. Potencial Eléctrica A
A
d
ΔU g
=
mgd
d
ΔU e q
m B
B
g
E
=
qEd
Energía Potencial Eléctrica
E
=
A
F e q
d
ΔU e
=
qEd
A cada punto A y B, le puedo asignar una función llamada potencial eléctrico
φ e
=
U e
B
q
E
Potencial Eléctrico Se define el potencial eléctrico como la energía potencial eléctrica por unidad de carga
φ e
=
V
=
U e q
⎡ N .m ⎤ ⎡ Julio ⎤ φ ⎢ ⎣ C ⎥⎦ ⎢⎣ Coulomb ⎥⎦ =
=
=
Voltio
Diferencia de potencial: Potencial: Voltaje
Fuerza Gravitacional F g
=
G
m1 m2 2
r
2
⎡ kg ⎤ G ⎢m ⎥ ⎢⎣ s ⎥⎦ ⎣ ⎦ ⎡ kgm ⎤ 2
=
2
GMm
F
=
R
2
GM R 2
g
=
ˆ F gmr
⎯ ⎯ ⎯ →
=
3
⎡m ⎤ ⎢ kg . s ⎥ ⎣ ⎦
=
G
Fuerza Eléctrica F e
=
K
q1q2 2
r
2
⎡ C ⎤ [ N ] K ⎢ ⎥ ⎣m ⎦ =
2
2
⎡ N .m ⎤ ⎢ C ⎥ ⎣ ⎦ 2
K
9
≈
2
2
9.0X10 N .m / C
=
K
El Campo Eléctrico El campo eléctrico asociado a una carga aislada o a un conjunto de cargas es aquella región del espacio en donde se siente sus efectos.
E
=
K E
=
⎡ N ⎤ ⎢⎣ C ⎥⎦
F e q Qq 2
r q
=
K
Q r 2
Líneas de Campo
q
+ Q
q
q
Sentido eléctrico en peces Generador: órgano eléctrico que emite descargas hacia el medio ambiente Detector de dichas descargas (piel) Las corrientes generadas por el órgano eléctrico son, a su vez, percibidas por estos detectores de electricidad
Energía Potencial Gravitacional A
C g d
B
F g =
m C g
ΔU g
m
=
C g =
W
mg =
m
g =
mgd
A cada punto, A y B, le puedo asignar una función llamada potencial gravitacional
g Campo gravitacional
φ
U g =
E. Potencial Gravitacional Vs E. Potencial Eléctrica A
A
d
ΔU g
=
mgd
d
ΔU e q
m B
B
g
E
=
qEd
Energía Potencial Eléctrica
E
=
ΔU e
F e
=
q
=
d
qEd
A cada punto A y B, le puedo asignar una función llamada potencial eléctrico
φ e
A
U e
B
q
E
Potencial Eléctrico Se define el potencial eléctrico como la energía potencial eléctrica por unidad de carga
Alessandro Volta (1745-1827) Diferencia de potencial: V=V2-V1
Representación de E y φ Líneas de Campo + Q
Indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo.
Equipotenciales Líneas de potencial que tienen en
Representación de E y φ
+ + + + + + + a
E
b
El Dipolo Eléctrico
La combinación de dos cargas iguales de signo opuesto +q y –q, separadas por una distancia, se denomina
Molécula Polar Si el enlace se da entre dos átomos diferentes, los electrones de enlace son atraídos de modo diferente por los dos núcleos y la molécula presenta una zona de carga negativa sobre el átomo que los atrae más fuertemente y una zona cargada positivamente sobre el otro.
Se forma, entonces, un dipolo (dos cargas eléctricas (+ y -) en una distancia muy pequeña) y la molécula recibe el nombre de "polar".
Molécula No polar
Cuando el enlace se da entre dos átomos del mismo elemento los electrones compartidos son igualmente atraidos por ambos núcleos, la molécula resultante no presenta distribución apreciable de cargas y se le llama "no polar".
El pH
+ Un ion hidrógeno se disocia de su átomo de oxígeno de la molécula (unidos por enlace covalente) El producto [H+] [OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH. Definimos el pH como: pH=-log10[H+] ·
