Ejemplo I Tecnología médica-estética

Sitio: UNLVirtual en Abierto
Curso: Ambiente de Recursos Didácticos
Libro: Ejemplo I Tecnología médica-estética
Imprimido por: Invitado
Día: sábado, 23 de noviembre de 2024, 01:33

Descripción

Describiremos en este book los principios físicos que más nos interesan para el desarrollo de nuestros contenidos.

Radiaciones Electromagnéticas

La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos que se propagan por el espacio transportando energía. A diferencia de otros tipos de formas de transmisión de energía, como el sonido, éstas pueden propagarse en el vacío.
La forma en que estas se propagan se llaman ondas electromagnéticas.
Estas ondas se diferencian unas de otra por su longitud de onda que representa la distancia que recorre una onda, a la velocidad de la luz, en un ciclo (cada ciclo está determinado por dos puntos consecutivos de la misma amplitud y de la misma fase, como por ejemplo dos crestas). La unidad de medida de la longitud de onda es el metro.

Longitud de Onda

Otra forma de representar esta característica de las ondas es con su frecuencia, la cual representa la cantidad de ciclos de esa onda que se producen en un segundo. La unidad de medida es el Hertz (Hz). Existe entonces una relación única entre longitud de onda y frecuencia:

Frecuencia = Velocidad / Longitud de onda

La longitud de onda (o frecuencia) de una onda tiene relación directa con su energía. Menores longitudes de onda (o lo que es lo mismo, mayores frecuencias) implica una mayor energía.

Las diferentes ondas electromagnéticas, con sus longitudes de onda característica, conforman lo que se conoce como el espectro electromagnético.

Espectro Electromagnetico



Como puede observarse en este espectro, el infrarrojo, la luz visible y el ultravioleta forman parte del mismo. De este modo, podemos definir a cada uno de ellos como una radiación electromagnética con una longitud de onda (o frecuencia) característico.

Luz Visible

La luz visible esta compuesta por radiación electromagnética cuyas longitudes de onda se encuentran entre los 400 y los 700 nanometros (1 nm = 1x10-9m = 1/1000000000 metros).

Luz visible

Videos

En esta sección les dejamos un vídeo que entendemos va a ayudar a reforzar los conceptos planteados.






Circuitos Eléctricos

En este capítulo, le proponemos una lectura de un breve apunte que preparamos para poder incorporar algunos conceptos sobre Circuitos Eléctricos (voltaje, corriente, resistencia). Estos conceptos son ampliamente utilizados por distintos equipos médicos.


Introducción a la Termodinámica

1 - Temperatura

La rama de la física que estudialos fenómenos térmicos (la temperatura y el calor) y como afectan la materia se denomina física térmica. Para poder comprender estos fenómenos se requieren definiciones cuidadosas de los conceptos de temperatura, calor y energía interna. El calor conduce a cambios de la energía interna de un cuerpo que, a su vez, produce cambios en su temperatura, los cuales provocan la expansión o la contracción de la materia. Tales cambios pueden dañar rutas y edificios, o hacer que materiales duros y rígidos se vuelvan flexibles y frágiles. Asimismo, estos cambios de energía interna también se pueden aprovechar para el transporte, la construcción, la preservación de alimentos y en técnicas médicas vinculadas con el cuidado de la salud.

Lo primero que hay que saber en este capítulo es que calor y temperatura, en física, no es lo mismo.

La temperatura es una propiedad físicaque se asocia comúnmente a que tan caliente o frio se siente un objeto cuando lo tocamos.Es una manifestación de la materia detectable por los sentidos de nuestra piel y proveen información cualitativa de la temperatura; pero esta información no siempre es confiable y a menudo es engañosa[1].


Esta propiedad físicase define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica[2]. Más específicamente, está directamente relacionada con la parte de la energía interna conocida como energía cinética, que es la energía asociada a los movimientos de laspartículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. Cuanto mayor es la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más caliente; es decir, que su temperatura es mayor.



[1] Una bandeja de metal con hielo se siente más fría en la mano, por ejemplo, que un paquete de vegetales congelados a la misma temperatura ¿por qué?
[2] La ley cero, conocida con el nombre de la Ley del Equilibrio Térmico fue enunciada en un principio por Maxwell y llevada a ley por Fowler y dice: Si dos sistemas (objetos) A y B están por separados en equilibrio térmico con un tercer sistema C, entonces A y B están en equilibrio térmico el uno con el otro. El equilibrio térmico debe entenderse como el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura. Esta ley es de gran importancia porque permitió definir a la temperatura como una propiedad termodinámica y no en función de las propiedades de una sustancia. La aplicación de la ley cero constituye un método para medir la temperatura de cualquier sistema.

 

1.1 - ¿Cómo medimos la temperatura de un sistema u objeto?

- Termómetro

Un termómetro es un dispositivo utilizado para medir la temperatura de un objeto o un sistema. Cuando un termómetro está en contacto térmico con un sistema, se intercambia la energía hasta que el termómetro y el sistema están en equilibrio térmico el uno con el otro.

Un termómetro común de uso diario consiste en una masa líquida, generalmente mercurio o alcohol, que se expande en un tubo capilar de vidrio cuando se eleva su temperatura (ver Fig. 1). En este caso, la propiedad física que cambia proporcionalmente con la temperatura es el volumen del líquido encerrada en el bulbo. La relación entre el volumen del líquido y el cambio de la temperatura tiene que ser casi constante en el rango de temperaturas que nos interesa medir, del mismo modo la sección transversal del capilar debe permanecer constante para que el volumen del líquido varíe en forma lineal en relación a la longitud de la columna líquida. De esta forma podemos definir una temperatura en término de la columna líquida.

termometro
Fig. 1 - Diagrama esquemático de un termómetro de mercurio. Debido a la expansión térmica el nivel de mercurio se eleva cuando la temperatura del mercurio cambia de 0ºC (punto de congelación del agua) a 100ºC (punto de ebullición del agua).[deSerway-Vuille]


Actualmente existen varios tipos de termómetros, entre ellos los electrónicos/digitales, los cuales permiten observar la temperatura medida directamente sobre un visor/pantalla en una determinada escala.

Existe más de una escala utilizada para medir la temperatura de un objeto o sistema. Unade ellas es la escala Celsius de temperatura, antes llamada escala centígrada. En la escala Celsius, la temperatura de la mezcla agua-hielo se define para cero grados Celsius, escrito 0ºC y se llama punto de fusión o punto de congelación del agua. La temperatura de la mezcla agua-vapor se define como 100ºC y se llama punto de evaporación o punto de ebullición del agua. Hay otras escalas para medir temperatura, te propongo que investigues por tu cuenta sobre las escalas Kelvin y Fahrenheit.

 



2 - Calor

Cuando dos objetos con diferentes temperaturas son puestos en contacto térmico, la temperatura del objeto “más caliente” disminuye, mientras la temperatura del “más frío”aumenta. Con el tiempo, ambos objetos alcanzan un equilibrio común de temperatura en algún lugar entre sus temperaturas iniciales. Durante este proceso se dice que la energía es transferida del objeto más caliente al más frio.

Calor no es algo fácil de medir ni explicar. Podríamos definirlo como la energía que fluye de un cuerpo a otro y que se manifiesta cambiando la temperatura de los objetos o cambiando de estado de ellos (por ejemplo de sólido a líquido).

Supongamos que se ponen en contacto dos cuerpos, uno está muy caliente (alta temperatura) y el otro muy frío (baja temperatura). Al estar en contacto, espontáneamente, el cuerpo de mayor temperatura le cede calor al de menor temperatura, que la recibe.

calor

 

Fig. 2 - Calor (Tb > Ta). El calor siempre ''fluye'' desde el cuerpo que se halla a mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura. 


El calor, que como se aprecia en la figura 2, se simboliza con la letra Q mayúscula, hace que el cuerpo frio aumente su temperatura y el de mayor temperatura la disminuya. El proceso sigue hasta que la temperatura de ambos cuerpos se iguala.

Entonces como calor es energía fluyendo, podemos medirlo en unidades de energía como el joules [J], aunque es muy frecuente utilizar para medir este tipo de energía una unidad especial llamada caloría [cal].

Existen distintos modos de transferir energía calórica de un cuerpo a otro, conocidas como:conducción, convección y radiación.

conduccion

Fig. 3 - Formas de transmisión de calor. Convección, conducción y radiación [Imagen adaptada disponible online]


La conducción es la forma de transmisión de calor que venimos hablando hasta ahora, o sea, cuando dos cuerpos están en contacto.

La convección es la transmisión de calor por movimiento real de las moléculas de una sustancia. Este fenómeno sólo podrá producirse en fluidos en los que por movimiento natural (diferencia de densidades) o circulación forzada (con la ayuda de ventiladores, bombas, etc.) puedan las partículas desplazarse transportando el calor sin interrumpir la continuidad física del cuerpo.

La radiación es la transmisión de calor entre dos cuerpos los cuales, en un instante dado, tienen temperaturas distintas, sin que entre ellos exista contacto ni conexión por otro sólido conductor. Es una forma de emisión de ondas electromagnéticas (asociaciones de campos eléctricos y magnéticos que se propagan a la velocidad de la luz) que emana todo cuerpo que esté a mayor temperatura que el cero absoluto[3].


[3] Recomiendo mirar el siguiente video - http://www.youtube.com/watch?v=E5chWfVLmHk -, donde puede verse en primer lugar un ejemplo de conducción (conejo-plancha), en segundo, un ejemplo de radiación (conejo-lámpara infrarroja) y por último el caso de convección (conejo-secador de cabellos).




2.1 Calor y aumento de la Temperatura

Si entregamos a varios cuerpos diferentes una misma cantidad de calor (por ejemplo colocando todos el mismo tiempo sobre una misma hornalla) no todos van a sufrir el mismo cambio de temperatura. Un ejemplo fácil de comprender es, por ejemplo, colocar 1 litro de agua sobre la hornalla 1 minuto o colocar 100 ml de agua el mismo tiempo.Es lógico pensar que para el cuerpo de mayor masa (en este caso, para calentar 1 litro de agua) necesitamos más calor para lograr un mismo aumento de temperatura.

Pero también hay una característica intrínseca de los cuerpos que los hace más fáciles o más difíciles de calentar. Por ejemplo, ¿qué pasa si colocamos 1 litro de agua 1 minuto sobre la hornalla o colocamos 1 kilo de hierro el mismo tiempo? ambos cuerpos tienen la misma masa, pero el hierro aumenta mucho su temperatura, en cambio el agua mucho menos. Está claro que el hierro es más fácil de calentar, de hecho es un metal y los metales tienen fantásticas propiedades a la hora de conducir el calor. Todo lo dicho se puede resumir en una sencilla expresión que describe los cambios de temperatura de los cuerpos al recibir o ceder calor. En esta ecuación, Q es el calor (entregado o recibido), mes la masa del cuerpo,Tfes la temperatura final y Ties la temperatura inicial.
formula

En esta ecuación,
c es una propiedad intrínseca de los materiales, llamada calor específico[4], que describe cuán fácil o difícil resulta variar la temperatura de ese material, objeto o sistema.

 

3 - Curiosidades y preguntas capciosas

El agua es una sustancia de propiedades sorprendentes. El hecho de que su calor latente [5]de vaporización valga 540 cal/gr fue determinante para diseñar nuestro sistema de refrigeración: la transpiración. Consiste en depositar sobre nuestra piel una fina película de agua (sudor) con el único fin de que se evapore. Cada gramo de agua que se volatiliza se lleva consigo 540 calorías y de esta forma nuestra percepción de la temperatura mejora. Este sistema es muy eficiente, salvo los días de mucha humedad, en los que la evaporización se halla muy dificultada.

Otro dato curioso del agua es el valor de su calor específico, este nos dice que el agua es el material ''más duro'' de enfriar o calentar. Por eso la presencia de agua funciona siempre como estabilizador de temperatura. En este contexto, sabías que el agua, es el principal componente del cuerpo humano, que posee un 75% de agua al nacer y cerca del 65% en la edad adulta. Aproximadamente el 65% de dicha agua se encuentra en el interior de las células y el resto circula en la sangre y baña los tejidos.

Ya que venimos hablando del cuerpo humano, podríamos hacer un análisis del área del mismo (la piel) la cual no puede estirarse o contraerse por sí misma (el embarazo es una situación especial). Lo que sí podemos hacer es regular la porción de área que exponemos al ambiente que intercambia calor. Inconscientemente adoptamos “posturas de frio” (cruzamos los brazos y las piernas, mantenemos los brazos pegados al tronco o nos ovillamos para dormir) o “posturas de calor” (extender las extremidades, recogernos el pelo, etc.) que resultan efectivas a la hora de regular la exposición.

Pregunta:¿Cuáles son los mecanismos de transmisión de calor que el cuerpo humano utiliza para regular y mantener constante su temperatura?

Para evitar la pérdida de calor, una de las estrategias que ponemos en marcha es la de enfriar la piel, muchas veces hasta las bajas temperaturas del ambiente invernal. Así se minimiza, o incluso se anula, la diferencia de temperatura entre la superficie del cuerpo humano y el ambiente y de esta forma cesa la perdida de calor. Este proceso, mediado por nuestro sistema nervioso central autónomo,se logra de dos maneras: primero cortando la circulación sanguínea de nuestra piel (de la superficie expuesta) y segundo haciendo retornar la sangre por las venas centrales que van pegadas a las arterias.

En forma inversa, para aumentar la perdida de calor, una de las estrategias más importantes es la deposición de agua sobre nuestra piel a través de las glándulas sudoríparas. De esta forma el agua se evapora y el vapor se lleva consigo el calor que queremos sacarnos de encima. ¿Cuántas calorías perdemos si consideramos que transpiramos entre 0.3 y 1 litro de agua haciendo una actividad física moderada un día de verano?



[4] En este link podrán acceder a una tabla de calores específicos de algunos materiales corrientes: http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico#Tabla_de_calores_espec.C3.ADficos
[5] El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización).

 

4 - Bibliografía utilizada y recomendada

  • Ricardo Cabrera (2010). Ejercicios de Biofísica. 1ª Edición. Editorial Eudeba
  • Serway&Vuille (2010). Fundamentos de Física. 8ª Edición. Editorial Cengage Learning
  • Eugene Hecht. Fundamentos de Física. 2ª Edición. Editorial Thomson Learning
  • Burdano S., Burdano E. & García Muñoz C. (2003). Física General. 32ª Edición.Editorial Tébar S.L.

Electricidad y Magnetismo

1 - Introducción

La electricidad es el alma de la revolución tecnológica y la sociedad moderna. Sin ella, se regresaría a mediados del siglo XIX donde se destacaría la ausencia de por ejemplo: la telefonía celular, la TV digital, cualquiera de los electrodomésticos, medios de transportes, etc. La medicina moderna sería una fantasía y, debido a la falta de equipamiento sofisticado y supercomputadoras, y especialmente la lenta diseminación de la información, la ciencia y tecnología crecerían a un ritmo muy lento.

En lugar de esto, con el descubrimiento y dominio de las fuerzas y campos eléctricos y magnéticos, se pueden ver arreglos de átomos, chequear el funcionamiento interno de una célula y enviar naves espaciales más allá del sistema solar. Todo esto fue posible en las últimas generaciones de la vida humana.

Los fenómenos eléctricos son estudiados por la electrostática, rama de la Física, que estudia las cargas eléctricas en reposo, las fuerzas que se ejercen entre ellas y su comportamiento al interior de los materiales. Es importante considerar que la electricidad y el magnetismo están estrechamente relacionados y que a partir de 1820, con la experiencia de Hans Christian Oersted, con corrientes eléctricas, se inicia el electromagnetismo, rama de la Física que estudia la relación entre ambos fenómenos.

Al estudiar este tema, conocerás en forma breve y resumida, acerca de las cargas eléctricas, las fuerzas que intervienen en la interacción entre ellas a través del campo eléctrico, cómo se relacionan con la materia (por ejemplo algún órgano o tejido del cuerpo humano), cómo se comportan en presencia de un campo magnético y cómo podemos cuantificar y describir los fenómenos asociados.

Todos estos conceptos son importantes para comprender los principios de funcionamiento, las diferentes formas de uso y los resultados conseguidos cuando utilizamos distintos equipamientos en los tratamientos estéticos y corporales.


2 - Propiedades de la carga eléctrica

Los fenómenos electrostáticos, como escuchar chasquidos al sacarnos una prenda de vestir, peinar varias veces nuestro cabello seco y luego acercarlo a pequeños trozos de papel, por ejemplo, se producen por la interacción de la carga eléctrica de un cuerpo con la de otro. A menudo la fuerza de atracción es lo suficientemente fuerte como para suspender por ejemplo, trocitos papel con el peine desafiando las leyes de atracción gravitacional. El mismo efecto ocurre con otros materiales que se frotan, como pueden ser el caucho duro y el vidrio.

Existen 2 tipos de carga eléctrica que Benjamín Franklin (1706-1790) nombró positiva a una y negativa a la otra. Experimentalmente se comprobó que entre ellas interactúan de la siguiente manera: cargas de distinto signo se atraen y cargas de igual signo se repelen. Veamos la Figura 1 a continuación.

imag1

Figura 1 - Al acercar una barra cargada negativamente a una bolita metálica (péndulo electrostático) cuya carga final neta es positiva se atraen. Esto se debe a que la fuerza eléctrica que se genera entre los cuerpos es atractiva.


Cuando un átomo, o un cuerpo, tiene la misma cantidad de cargas positivas (protones) y negativas (electrones) se dice que está eléctricamente neutro. Si se produce un desequilibrio entre la cantidad de electrones y protones, se dice que está electrizado. El cuerpo que pierde electrones queda con carga positiva y el que recibe electrones queda con carga negativa. Se llama carga eléctrica (q) al exceso o déficit de electrones que posee un cuerpo respecto al estado neutro. La carga neta corresponde a la suma algebraica de todas las cargas que posee un cuerpo. La carga eléctrica permite cuantificar el estado de electrización de los cuerpos siendo su unidad mínima la carga del electrón. Esto significa que la carga eléctrica q de un cuerpo está cuantizada y sepuede expresar como nq, enque n es un número entero(incluyendo el cero); sinembargo, como la carga delelectrón es muy pequeña[1],se utiliza un múltiplo de ella:el coulomb (C).

Existen tres formas básicas de modificar la carga neta de un cuerpo: electrización por frotamiento, contacto e inducción. En todos estos mecanismos siempre está presente el principio de conservación de la carga, que nos dice que la carga eléctrica no se crea ni se destruye, solamente se transfiere de un cuerpo a otro.

  • Frotamiento: En la electrización por fricción, el cuerpo menos conductor saca electrones de las capas exteriores de los átomos del otro cuerpo quedando cargado negativamente y el que pierde electrones queda cargado positivamente[2].
  • Contacto: En la electrización por contacto, el que tiene exceso de electrones (carga –) traspasa carga negativa al otro, o el que tiene carencia de ellos (carga +) atrae electrones del otro cuerpo. Ambos quedan con igual tipo de carga[3].
  • Inducción: Al acercar un cuerpo cargado al conductor neutro, las cargas eléctricas se mueven de tal manera que las de signo igual a las del cuerpo cargado se alejan en el conductor y las de signo contrario se aproximan al cuerpo cargado, quedando el conductor polarizado. Si se hace contacto con tierra en uno de los extremos polarizados, el cuerpo adquiere carga del signo opuesto[4].

imag2

    Figura 2 - A) Electrización por frotamiento, B) Electrización por contacto y C) Electrización por inducción.

    [1] La carga más pequeña que se conoce es la del electrón y su valor es: formula elec
    [2] Como complemento sugerimos visualizar el siguiente video:
    https://www.youtube.com/watch?v=vu-ypLIkrjA
    [3] Como complemento sugerimos visualizar el siguiente video:
    https://www.youtube.com/watch?v=28k-JCsjUx8
    [4] Como complemento sugerimos visualizar el siguiente video:
    https://www.youtube.com/watch?v=9qeuGQTDNbM



    3- Fuerza eléctrica

    Sin entrar en detalles describiremos la Ley de Coulomb o ley fundamental de la fuerza. Recordemos que una fuerza[5]la podemos definir en forma intuitiva como 'algo que cuando actúa sobre un cuerpo, de cierta masa, le provoca un efecto'.El efecto de la aplicación de una fuerza sobre un objeto puede ser: la modificación del estado de movimiento en que se encuentra el objeto que la recibe, la modificación de su aspecto físico (deformación) o ambos. Son ejemplos de fuerzas de contacto cuando pateamos una pelota, cuando empujamos un auto o cuando le hacemos masajes a un paciente con contractura.

    Al igual que las fuerzas de contacto, existen las fuerzas a distancia donde el cuerpo que ejerce la fuerza y quien la recibe no entran en contacto físicamente. El ejemplo más familiar de una fuerza de este tipo es la atracción gravitatoria terrestre, responsable de que todos los cuerpos caigan hacia el suelo. Otro ejemplo es la fuerza que un imán ejerce sobre otro imán o sobre un clavo.

    Charles Coulomb (1736-1806) estableció experimentalmente la Ley fundamental de la fuerza eléctrica entre 2 partículas cargadas estacionarias y determino las siguientes propiedades:
    • La fuerza eléctrica está dirigida a lo largo de una línea imaginaria que une las dos partículas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
    • Es proporcional al producto de las magnitudes de las cargas de las dos partículas.
    • Es atractiva si las cargas son de signo opuesto y repulsiva si las cargas tienen el mismo signo.

    La magnitud de la fuerza eléctrica F entre las cargas q1 y q2 separadas por una distancia restá dada por:

    formula2

    donde Ke es una constante llamada constante de Coulomb.

    3

    Figura 3 - Magnitud de la Fuerza Eléctrica



    Finalizando recomendamos la visualización del siguiente video:

    http://videos.educ.ar/play/Disciplinas/_Fisica/Fuerza_entre_cargas_electrostaticas

     

     

     

    4 - Campo Eléctrico

    La idea de campo se basa en transferirle las propiedades eléctricas al espacio. La fuerza gravitacional y la fuerza electrostática son capaces de actuar a lo largo del espacio, lo que produce un efecto incluso cuando no hay ningún contacto físico entre los objetos involucrados. Las fuerzas de campo se pueden estudiar de varias formas, pero el enfoque desarrollado por Michael Faraday (1791-1867) es el más práctico. En este enfoque, se dice que existe un campo eléctrico en la región de espacio alrededor de un objeto cargado. El campo eléctrico ejerce una fuerza eléctrica sobre cualquier otro objeto cargado dentro del campo.

    CAMPO

    Figura 4 - Líneas de campo eléctrico entre dos cargas positivas.


    La representación matemática[6] de este concepto excede el alcance de este curso, sin embargo se puede profundizar consultando cualquiera de la bibliografía propuesta.

    Las líneas de de campo eléctrico son útiles para visualizar el campo eléctrico en cualquier región del espacio. El vector de campo eléctrico E es tangente a las líneas de campo eléctrico en cada punto. Más aun, el número de líneas de E por unidad de área a través de una superficie perpendicular a las líneas es proporcional a la intensidad del campo eléctrico en dicha superficie.

    A modo de complemento y para aquellos más curiosos recomendamos el siguiente video:


    [5] En física, fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo.

    [6] El campo eléctrico E producido por una carga Q en la posición de una pequeña carga ''de prueba'' q0 se define como la fuerza eléctrica F ejercida por Q sobre q0, dividida entre la carga de prueba q0:

    4

    5 - Magnetismo

    En términos de aplicaciones, el magnetismo es uno de los campos más importantes de la física y sobre todo de la física médica. Para levantar cargas pesadas se utilizan grandes electroimanes. Los imanes se utilizan en dispositivos como instrumentos de medición, motores, dispositivos de almacenamientos de datos, etc. Los campos magnéticos intensos se usan en aparatos para la formación de imágenes medicas de forma más segura que con RX. Muchos dispositivos de cosmiatría y rehabilitación utilizan las propiedades de los campos magnéticos como principio de funcionamiento.

    El magnetismo esta cercanamente relacionado con la electricidad. Los campos magnéticos (B) afectan las cargas en movimiento y las cargas en movimiento producen campos magnéticos. Los campos magnéticos variables incluso pueden crear campos eléctricos. Por último vamos a decir, que la corriente eléctrica[7] está muy ligada con la formación de B y viceversa.


    5.1 - Imanes

    IMANES

    Figura 5 - Imán de barra y sus polos


    La mayoría de nosotros ha experimentado con alguna forma de imán. Es más, todos nosotros estamos muy familiarizados con el imán de hierro con forma de herradura (entre otras) que levanta objetos que contienen hierro como clavos, tornillos, etc. o que sujetapapeles pegado a una pared de nuestra heladera.

    En el análisis que sigue vamos a suponer que el imán tiene forma de barra tal como lo demuestra la figura 5. Los objetos de hierro son atraídos con mayor intensidad hacia cualquier extremo de uno de los tales imanes de barra, extremos que a partir de ahora llamaremos polos. Un extremo se llama polo norte y el otro polo sur[8].

    Si un imán de barra se suspende libremente de un punto medio, de modo que pueda balancearse, girará hasta que su polo norte apunte hacia el norte y su polo sur apunte hacia el sur. De hecho, este es el principio constructivo de una brújula simple.

    Los polos magnéticos también ejercen fuerzas atractivas o repulsivas uno sobre otro similar a las fuerzas eléctricas entre objetos cargados. Experimentos simples con dos imanes de barra muestran que polos iguales se repelen y polos opuestos se atraen mutuamente.

    Aunque la fuerza entre dos polos magnéticos opuestos es similar a la fuerza entre cargas eléctricas positivas y negativas, existe una diferencia importante: las cargas eléctricas tanto las positivas como las negativas pueden existir aisladas las unas de las otras, en cambio, los polos norte y sur no pueden hacerlo. Sin importar cuantas veces se corte un imán permanente, cada pieza siempre tendrá un polo norte y un polo sur[9].

    cargas
    Figura 6 - Líneas de campo magnético



    Recuerde que un campo eléctrico rodea a cualquier carga eléctrica estacionaria (o conjunto de cargas que interactúan entre ella). La región del espacio que rodea una carga en movimiento incluye también un campo magnético. Un campo magnético, también rodea, de manera adecuada, a cualquier material magnetizado (ver figura 6).

    Finalizando recomendamos la visualización de los siguientes videos:

    http://videos.educ.ar/play/Disciplinas/_Fisica/Fuerzas_magneticas.


    A modo de resumen, presentamos un mapa conceptual general de los contenidos de este capítulo:
    resumen

     

    6 - Curiosidades y preguntas capciosas

    El axón (prolongación del cuerpo celular de una neurona que puede llegar a medir hasta 1 metro) está envuelto de membrana plasmática y a su vez de un material no conductor denominado mielina. En este nivel atómico se producen fenómenos eléctricos que resultan en un mensaje biológico ultra rápido: el impulso nervioso o potencial de acción[10]. Las células nerviosas de todos los animales, desde el hombre hasta los calamares, utilizan súbitas variaciones de la diferencia de potencial [V] en su membrana plasmática que se va contagiando y propagando en la superficie (conducción saltatoria del potencial de acción).

    Un capacitor es un componente electrónico que nos permite almacenar energía eléctrica. Básicamente son dos placas metálicas enfrentadas separadas por un aislante. Entre ellas se forma un campo eléctrico proporcional a la carga almacenada y a la diferencia de potencial entre dichas placas. Las membranas biológicas de todas las células y las nerviosas en especial, se comportan como capacitores. El impuso nervioso existe gracias a ello. Resulta que el interior y el exterior de las células poseen excesos de carga (negativas adentro, positivas afuera de la célula). Esos excesos se acumulan sobre la membrana y son fuertemente atraídos el uno por el otro (las cargas positivas quieren entrar y las negativas quieren salir). El campo eléctrico que se forma dentro de esa capa de grasa llamada bicapa lipidia es extremadamente grande. Este campo eléctrico genera una fuerza eléctrica que sirve para mantener la estabilidad de la membrana plasmática celular.

    Haciendo una relación con el tema carga eléctrica, muchas moléculas biológicas, aun siendo neutras en su totalidad, poseen regiones con cargas de diferente signo e intensidad. Esas 'superficies activas' son indispensables para el 'lenguaje molecular' tanto de actividad química como reconocimiento entre moléculas.

     


    [7] Revisar apunte sobre 'Conceptos básicos sobre circuitos eléctricos' alojado en el campus virtual.
    [8] Estos nombres provienen del comportamiento de un imán en presencia del campo magnético de la tierra.
    [9] La detección de monopolos magnéticos existentes en la naturaleza es un campo de investigación experimental muy activo en la actualidad.
    [10] Para profundizar recomendamos visualizar el siguiente video:
    http://videos.educ.ar/play/Disciplinas/_Biologia/Impulso_nervioso

     

    7 - Bibliografía utilizada y recomendada

    • Ricardo Cabrera (2010). Ejercicios de Biofísica. 1ª Edición. Editorial Eudeba
    • Serway&Vuille (2010). Fundamentos de Física. 8ª Edición. Editorial Cengage Learning
    • Eugene Hecht. Fundamentos de Física. 2ª Edición. Editorial Thomson Learning
    • Burdano S., Burdano E. & García Muñoz C. (2003). Física General. 32ª Edición. Editorial Tébar S.L.