Cargas eléctricas (página 2)

Ley de
Coulomb

Este teorema aplicado al campo
eléctrico creado por una carga puntual es equivalente
a la ley de Coulomb de
la interacción electrostática.

Una manifestación habitual de la electricidad es
la fuerza de
atracción o repulsión entre dos cuerpos
estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción
y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno
sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede
medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con
cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de
la ley de Coulomb
Según la cual la fuerza es proporcional al producto de
las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las
separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que
rodea a las cargas.
2.- Expresión matemática. La ley de Coulomb
Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la
fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas
puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables
comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El valor de la
constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que
se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema
Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9
Nm2/C2.
Campo eléctrico.

Campo
eléctrico

El concepto
físico de campo
Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio
material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí
que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de
acción a distancia. Cuando en la naturaleza se
da una situación de este estilo, se recurre a la idea de
campo para facilitar la descripción en términos
físicos de la influencia que uno o más cuerpos
ejercen sobre el espacio que les rodea.

La comprobación experimental de la existencia de un campo
eléctrico en un punto cualquiera consiste simplemente en
colocar un cuerpo cargado en dicho punto, este cuerpo de denomina
carga de prueba, existe un campo eléctrico en el
punto.

Se dice que existe un campo eléctrico en un punto
si sobre un cuerpo cargado en dicho punto se ejerce una fuerza de
origen eléctrico.

Dado que la fuerza es una magnitud vectorial, el campo
eléctrico es un campo de vectores cuyas
propiedades quedan determinadas si se especifican el valor
(módulo), la dirección y el sentido de una fuerza
eléctrica.

Intensidad de campo
eléctrico

La carga eléctrica de los cuerpos altera
el espacio que los rodea. La magnitud que mide esta
alteración en un punto determinado es la
intensidad del campo eléctrico en dicho
punto. Se define como la fuerza ejercida sobre la unidad de carga
positiva situada en ese punto. En la escena siguiente dispones de
un punto azul móvil; imaginarás que lleva una carga
de 1 Culombio cuando hayas creado un campo eléctrico a su
alrededor.

Donde Q es la carga puntual que genera el campo
eléctrico r, la distancia entre la carga que genera el
campo y el punto (P) donde se quiere terminar la intensidad del
campo. Si se supone que la prueba colocada en (P), se experimentara una fuerza dada
por:

Se sabe que el valor del campo en P viene dado por:

Si la fuerza en la primera expresión se reemplaza por la
segunda se obtiene:

La anterior formula sirve para calcular el campo
eléctrico generado por la carga Q a una distancia r. Se
observa que el campo depende de la carga que lo genera y de la
distancia de la carga al punto donde se calcula.

Flujo y ley de
Gauss

El flujo del campo eléctrico a través de
una superficie cerrada arbitraria permite formular la ley de
Gauss, lo que es equivalente a la dependencia de la
interacción electrostática de la inversa del
cuadrado de la distancia.

Para aplicar la ley de Gauss a una distribución de cargas, es necesario seguir
una cierta estrategia:

1. Determinar la dirección del campo
   eléctrico, de acuerdo a la simetría de la
   distribución de cargas (esférica,
   cilíndrica, plana).
3. Elegir una superficie cerrada apropiada que contenga
   carga, y calcular el flujo.
4. Calcular la carga en el interior de la superficie
   cerrada.
5. Aplicar la ley de Gauss y despejar el módulo
   del campo eléctrico.

Enunciado del teorema de Gauss: Si en una región
del espacio existen N cargas qi, cada una
creando un campo eléctrico de la forma:

Entonces:

En física y en análisis
matemático, la ley de Gauss relaciona el flujo
eléctrico a través de una superficie cerrada y la
carga eléctrica encerrada en esta superficie. De esta
misma forma, también relaciona la divergencia del campo
eléctrico con la densidad de
carga.

Potencial y
Diferencia

También llamada tensión eléctrica,
es el trabajo
necesario para desplazar una carga positiva unidad de un punto a
otro en el interior de un campo eléctrico; en realidad se
habla de diferencia de potencial entre ambos puntos
(VA - VB). La unidad de
diferencia de potencial es el (V).

Un generador de corriente
eléctrica permite mantener una diferencia de potencial
constante y, en consecuencia, una corriente eléctrica
permanente entre los extremos de un conductor. Sin embargo, para
una determinada diferencia de potencial, los distintos
conductores difieren entre sí en el valor de la intensidad
de corriente obtenida, aunque el campo eléctrico sea el
mismo. Existe una relación de proporcionalidad, dada por
la ley de Ohm, entre
la diferencia de potencial entre los extremos de un conductor y
la intensidad que lo recorre. La constante de proporcionalidad se
denomina resistencia del
conductor y su valor depende de su naturaleza, de sus dimensiones
geométricas y de las condiciones físicas,
especialmente de la temperatura.

La diferencia de potencial entre dos puntos de un
circuito se mide con un voltímetro, instrumento que se
coloca siempre en derivación entre los puntos del circuito
cuya diferencia de potencial se quiere medir.

En lugar de manejar directamente la energía
potencial Ep de una partícula cargada, es útil
introducir el concepto más general de energía
potencial por unidad de carga. Esta magnitud se denomina
potencial; el potencial en cualquier punto de un campo
electrostático se define como la energía potencial
por unidad de carga en dicho punto.

El potencial se representa por la letra v. Tanto la
energía potencial como la carga son escalares, de modo que
el potencial es una magnitud escalar.

La diferencia Va-Vb se denomina diferencia de potencial
a y b, y se designa abreviadamente por Vab. El termino
"diferencia de potencial" se sustituye a veces por el de
"voltaje" entre a y b. La diferencia entre b y a, Vb-Va es
opuesta a la que existe entre a y b:

Vab=Va-Vb = -(Vb-Va)=-Vba

Considérese una carga de prueba positiva
en presencia de un campo
eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto B
conservándose siempre en equilibrio. Si
se mide el trabajo que
debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de
potencial eléctrico se define como:

El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el
potencial eléctrico en B será respectivamente
mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La
unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de
la ecuación anterior es Joule/Coulomb y se representa
mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1
Joule/Coulomb.

Un electrón volt (eV) es la energía
adquirida para un electrón al moverse a través de
una diferencia de potencial de 1V, 1 eV = 1,6×10^-19 J. Algunas
veces se necesitan unidades mayores de energía, y se usan
los kiloelectrón volts (keV), megaelectrón volts
(MeV) y los gigaelectrón volts (GeV). (1 keV=10^3 eV, 1
MeV = 10^6 eV, y 1 GeV = 10^9 eV).

Aplicando esta definición a la teoría
de circuitos y
desde un punto de vista más intuitivo, se puede decir que
el potencial eléctrico en un punto de un circuito
representa la energía que posee cada unidad de carga al
paso por dicho punto. Así, si dicha unidad de carga
recorre un circuito constituyéndose en corriente
eléctrica, ésta irá perdiendo su
energía (potencial o voltaje) a medida que atraviesa los
diferentes componentes del mismo. Obviamente, la energía
perdida por cada unidad de carga se manifestará como
trabajo realizado en dicho circuito (calentamiento en una
resistencia, luz en una
lámpara, movimiento en
un motor, etc.). Por
el contrario, esta energía perdida se recupera al paso por
fuentes
generadoras de tensión. Es conveniente distinguir entre
potencial eléctrico en un punto (energía por unidad
de carga situada en ese punto) y corriente eléctrica
(número de cargas que atraviesan dicho punto por
segundo).

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Superficies
equipotenciales

El lugar geométrico de los puntos de igual
potencial eléctrico se denomina superficie equipotencial.
Para dar una descripción general del campo
eléctrico en una cierta región del espacio, se
puede utilizar un conjunto de superficies equipotenciales,
correspondiendo cada superficie a un valor diferente de
potencial. Otra forma de cumplir tal finalidad es utilizar las
líneas de fuerza y tales formas de descripción
están íntimamente relacionadas.

No se requiere trabajo para mover una carga de prueba
entre dos puntos de una misma superficie equipotencial, lo cual
queda manifestado por la expresión:

puesto que debe ser nulo si . Esto es válido porque la diferencia de potencial es
independiente de la trayectoria de unión entre los dos
puntos aún cuando la misma no se encuentre totalmente en
la superficie considerada.

La figura muestra un
conjunto arbitrario de superficies equipotenciales. El trabajo
necesario para mover una carga siguiendo las trayectorias I y II'
es cero porque comienzan y terminan en la misma superficie
equipotencial. El trabajo que se necesita para mover una carga
según las trayectorias I' y II no es cero, pero tiene el
mismo valor porque las trayectorias unen el mismo par de
superficies equipotenciales.

Las superficies equipotenciales son siempre
perpendiculares a las líneas de fuerza y, por
consiguiente, a . Si no
fuera así, el campo tendría una componente en ella
y, por consiguiente, debería hacerse trabajo para mover la
carga en la superficie. Ahora bien, si la misma es equipotencial,
no se hace trabajo en ella, por lo tanto el campo debe ser
perpendicular a la superficie.

Para un par de placas paralelas en las cuales se cumple
que , donde d es la
distancia entre las placas paralelas y E es el campo
eléctrico constante en la región entre las
placas.

Las líneas negras muestran cuatro
trayectorias a lo largo de las cuales se desplaza una carga de
prueba entre superficies equipotenciales.

Movimiento de
carga eléctrica bajo influencia de campo
eléctrico.

La carga eléctrica constituye una propiedad
fundamental de la materia. Se
manifiesta a través de ciertas fuerzas, denominadas
electrostáticas, que son las responsables de los
fenómenos eléctricos. Su influencia en el espacio
puede describirse con el auxilio de la noción
física de campo de fuerzas. El concepto de potencial hace
posible una descripción alternativa de dicha influencia en
términos de energías.

La electrostática es la parte de la
física que estudia este tipo de comportamiento
de la materia, se preocupa de la medida de la carga
eléctrica o cantidad de electricidad presente en los
cuerpos y, en general, de los fenómenos asociados a las
cargas eléctricas en reposo. El desarrollo de la
teoría atómica permitió aclarar el origen y
la naturaleza de los fenómenos eléctricos; la
noción de fluido eléctrico, introducida por
Benjamín Franklin (1706-1790) para explicar la
electricidad, fue precisada a principios de
siglo al descubrirse que la materia está compuesta
íntimamente de átomos y éstos a su vez por
partículas que tienen propiedades
eléctricas.

Potencial químico

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En química y
específicamente termoquímica, potencial
químico, cuyo símbolo es
μ, es un término
introducido en 1876 por el fisicoquímico estadounidense
Willard Gibbs, que él definió como
sigue:

«Si suponemos que se añade una cantidad
infinitesimal de cualquier sustancia a una masa homogénea
cualquiera en un estado de
tensión hidrostática, que la masa permanece
homogénea y su entropía y volumen
permanecen constantes, el incremento de la energía interna
de la masa dividida por la cantidad de la sustancia
añadida es el potencial para esa sustancia en la masa
considerada.»

Gibbs apuntó también que para los
propósitos de esta definición, cualquier elemento
químico o combinación de elementos en unas
proporciones dadas podría ser considerados una sustancia,
tanto si pudieran existir por sí mismos como un cuerpo
homogéneo como si no pudieran hacerlo.

La afinidad de una reacción química
establece la dirección espontánea de la
reacción, y consecuentemente en estudios
termoquímicos son importantes los métodos
para determinar la afinidad. Como se ha mostrado anteriormente,
la afinidad esta simplemente relacionada a los coeficientes
estequiométricos de la reacción y los potenciales
químicos de los reactantes y productos de
la reacción. Es entonces necesario investigar alguna de
las propiedades del potencial químico y desarrollar
métodos adecuados para usarlo en el cálculo de
la afinidad.

Energía de potencial
químico.

Energía potencial:

La energía potencial de un cuerpo se define como
la energía que es capaz de generar un trabajo como
consecuencia de la posición del mismo. Este concepto
indica que cuando un cuerpo se mueve con relación a cierto
nivel de referencia puede acumular energía. Un caso
típico es la energía potencial gravitacional la
cual se evidencia al levantar un cuerpo a cierta altura, si lo
soltamos, la energía potencial gravitacional se
liberará convirtiéndose en energía
cinética al caer.

• La gasolina es un cuerpo que posee energía
  potencial química.
  La energía potencial química puede ser asociada
  al movimiento de un vehículo al notar que la
  energía potencial química es transformada en
  energía cinética a través del proceso de
  combustión interna. Por supuesto, esto se
  traduce en el movimiento del automóvil.

El potencial químico para una sustancia pura de
una sola fase puede ser expresado como  mi
  = mi (T, P), mientras que para
un componente en solución en una sola fase  es dado
por mi = (T, P,
{xi}), donde  {xi}, es
el conjunto de fracciones molares independientes
(xi = ni/åni).
Todas las variables
termodinámicas intensivas son funciones
homogéneas de grado cero en la masa y se tiene la Ec.
(2.46), donde Ii es dado por la Ec.
(2.47).

La Ec. (2.46) es una forma de relación de la
energía de Gibbs-Duhem. Como el potencial químico
es intensivo, la ecuación de Gibbs-Duhem para una fase
dada de solución

puede escribirse como la Ec. (2.48). Esta es una
expresión importante

en el equilibrio de fases en sistemas
heterogéneos, y coloca las restricciones sobre el
número de variables independientes en tales
sistemas.

El potencial químico puede representarse de
diferentes formas, pero para estudios químicos, es
más usada la forma que lo expresa como una cantidad molar
parcial. Como el orden de la derivada de funciones exactas es
inmaterial, las derivadas
de

Generalmente los potenciales químicos
estándar son tomados de las tablas de energía de
formación libre de Gibbs DGo de
gases,
líquidos o sólidos puros, o de sustancias a
dilución infinita en solventes particulares.

Movimiento de partículas por
gradiente

El gradiente se refiere a la zona donde se encuentra
mayor concentración de algo, es decir, donde hay una
variación continua de concentración de una
determinada sustancia entre dos extremos. Si avanzamos hacia el
extremo "más concentrado" decimos que vamos en contra del
gradiente, y lo contrario es ir a favor. Se puede pensar como un
tobogán, en el que el extremo concentrado es el que
está más alto, y requiere energía arrastrar
un objeto hasta él. Por el contrario, no se requiere
energía para ir a favor, hacia "abajo".

La efectividad de la difusión está
limitada por la velocidad de
difusión de la molécula.

Por lo tanto si bien la difusión es un mecanismo
de transporte
suficientemente efectivo para algunas moléculas (por
ejemplo el agua),
la
célula debe utilizar otros mecanismos de transporte
para sus necesidades.

En la naturaleza hay innumerables ejemplos de
gradientes: de salinidad (desembocadura del río en el
mar), de gases en el aire (caso
mencionado) y hay ejemplos que no son de concentración: de
temperatura (la aleta de una foca sumergida, desde el tronco
hasta la punta; de luz (estrato arbóreo hasta el
herbáceo en los bosques) e incluso de humedad (desde la
orilla del río o el lago hasta un lugar
lejano).

Ley de
Fick

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La ley de Fick es una ley cuantitativa en forma
de ecuación diferencial que describe diversos casos de
difusión de materia o energía en un medio en el que
inicialmente no existe equilibrio químico o
térmico. Recibe su nombre Adolf Fick, que las
derivó en 1855.

En situaciones en las que existen gradientes de
concentración de una sustancia, o de temperatura, se
produce un flujo de partículas o de calor que
tiende a homogeneizar la disolución y uniformizar la
concentración o la temperatura. El flujo homogeneizador es
una consecuencia estadística del movimiento azaroso de las
partículas que da lugar al segundo principio de la
termodinámica, conocido también como
movimiento térmico casual de las partículas.
Así los procesos
físicos de difusión pueden ser vistos como procesos
físicos o termodinámicos irreversibles.

Este flujo irá en el sentido opuesto de la
gradiente y, si éste es débil, podrá
aproximarse por el primer término de la serie de Taylor,
resultando la ley de Fick

Si existe producción o destrucción de la
especie (por una reacción química), a esta
ecuación debe añadirse un término de fuente
en el segundo miembro.

Para el caso particular de la temperatura, si se aplica
que la energía interna es proporcional a la temperatura,
el resultado es la ecuación del calor.

Presión osmótica

Presión osmótica, mínima presión
necesaria para impedir el paso de las moléculas del
disolvente puro hacia una disolución a través de
una membrana semipermeable.

Si una disolución se pone en contacto con su
disolvente, o con una disolución más diluida, a
través de una membrana semipermeable que sólo deje
pasar las moléculas del disolvente, la
homogeneización del sistema no se puede realizar y tiene
lugar un flujo neto de disolvente hacia la disolución
más concentrada. Este fenómeno se conoce como
ósmosis directa y la presión mínima
necesaria para detener el flujo de disolvente puro a
través de la membrana semipermeable es la presión
osmótica, Π.

La presión osmótica es una magnitud que
depende fundamentalmente de la concentración molar de la
disolución y, en menor extensión, de la
temperatura, y es independiente de la naturaleza del disolvente y
del soluto, es decir, es una propiedad coligativa.

Para un disolución de n moles en un volumen V a
temperatura absoluta T, la presión osmótica
Π viene dada por la
expresión:

donde R es la constante de los gases.

Las medidas de presión osmótica se emplean
para hallar las masas moleculares relativas de los compuestos,
especialmente macromoléculas. El dispositivo utilizado a
este efecto se denomina osmómetro.

Permeabilidad selectiva de la membrana celular.
Modelo de
mosaico fluido

Las membranas celulares son
selectivamente permeables. Algunos solutos cruzan la membrana
libremente, algunos cruzan con asistencia y otros no pueden
cruzar.

En biología, el modelo
de mosaico fluido es un modelo de la estructura de
la membrana plasmática propuesto en 1972 por Singer y
Nicholson gracias a los avances en microscopía electrónica, el estudio de interacciones
hidrófilas, al estudio de enlaces no covalentes como
puentes de hidrógeno y el desarrollo de
técnicas como la criofractura y el
contraste negativo. Unas pocas sustancias lipofílicas se
mueven libremente a través de la membrana celular por
difusión pasiva. La mayoría de pequeñas
moléculas u iones, requieren la asistencia de acarreadores
proteicos específicos, para transportarlos a través
de la membrana. Las moléculas grandes no cruzan intactas
las membranas celulares, excepto en casos especiales.

Potencial de membrana en
reposo

Los cambios de voltaje de la membrana durante el
potencial de acción son resultado de cambios en la
permeabilidad de la membrana celular a iones específicos
(en concreto,
sodio y potasio), cuyas concentraciones internas y externas se
mantienen en desequilibrio. Este desequilibrio posibilita la
existencia de, además de los potenciales de acción,
un potencial de reposo debido al funcionamiento de bombas (por
ejemplo, la bomba sodio-potasio), así como a los canales
iónicos (por ejemplo, el canal de potasio). Mientras que
la célula
permanezca en reposo, las fuerzas entre el sodio y el potasio se
contrarrestan mediante difusión, manteniendo un estado
equilibrado.

Mientras una neurona no
esté enviando una señal, se dice que está en
"reposo". Al estar en reposo, su interior es negativo con
relación al exterior. Aunque las concentraciones de los
diferentes iones tratan de balancearse a ambos lados de la
membrana, no lo logran debido a que la membrana celular
sólo deja pasar algunos iones a través de sus
canales (canales iónicos). En el estado de
reposo, los iones de potasio (K+) pueden atravesar
fácilmente la membrana, mientras que para los iones de
cloro (Cl-) y de sodio (Na+) es más
difícil pasar. El potencial de la membrana en reposo de
una neurona es de aproximadamente -70 mV (mV=milivoltio), es
decir que el interior de la neurona tiene 70 mV menos que el
exterior. En el estado de reposo hay relativamente más
iones de sodio en el exterior de la neurona, y más iones
de potasio en su interior.

Potencial de equilibrio
electroquímico de los iones.

Una membrana separa dos soluciones
acuosas en dos compartimentos A y B. El ión X+ se
encuentra más concentrado del lado A que del B. Si no hay
una diferencia de potencial entre ambos lados de la membrana, X+
tenderá a ir de A a B lo mismo que si se tratara de una
partícula no cargada. Si se aumenta la
concentración del ión X+ en el lado A, los iones
tenderán a emigrar hacia B llevándose consigo su
carga eléctrica creando una diferencia de potencial. Se
alcanza el equilibrio electroquímico cuando la carga + del
compartimento B aumenta de tal modo que repele más iones
positivos. El potencial eléctrico que se alcanza en el
equilibrio viene dado por la ecuación de
Nernst:

Para un sistema hipotético simple, la
ecuación de Nernst permite predecir exactamente el
potencial eléctrico a través de una membrana. Si
por ejemplo, la concentración de K+ es de 100 mM en lado y
de 1 mM en el lado B, el potencial de membrana será de –
116 mV. Es decir, la ecuación de Nernts es lineal cuando
se representa el potencial de membrana frente al logaritmo del
conciente de concentraciones.

Sin embargo, en los sistemas biológicos la
situación es más compleja: suelen coexistir
diferentes tipos de iones, de tamaños y cargas diferentes
y, algunas proteínas
cargadas pueden también influir sobre el potencial de
membrana

Consideremos un sistema en el que una membrana separa
dos compartimentos en los que existen diferentes concentraciones
de Na+ y de K+ (por ejemplo KCl 10 mM + NaCl 1 mM en el
compartimiento de la izquierda KCl 1 mM + NaCl 10 mM en de la
derecha) (*).
Si la membrana solo es permeable al K, al ser más
concentrada la solución de la izquierda habrá un
migración de los K+ hacia la derecha
quedándose el compartimiento de la izquierda con carga
negativa. Si la membrana es sólo permeable al Na+, ocurre
la situación inversa. Al ser más concentrada en
NaCl la solución de la derecha habrá un
desplazamiento de carga hacia el compartimiento de la
izquierda.

Ecuación
de Goldman

Dado que en la realidad las membranas no son totalmente
impermeables, Goldman modificó la ecuación
de Nernst en 1943 para tener en cuenta la participación de
los iones más importantes implicados en la membrana de las
neuronas.

Cuando una membrana comienza siendo permeable al K+ y
luego cambia transitoriamente para hacerse permeable al Na+, el
potencial de membrana empezará siendo negativo. Al ir
haciéndose permeable al Na+, el potencial de membrana
irá haciéndose positivo, para caer de nuevo cuando
la permeabilidad vuelve a desaparecer. Este fenómeno es,
esencialmente el que tiene lugar en la neurona:

En estado de reposo, la permeabilidad P K de
la membrana plasmática es mucho más alta que la
PNa. Como la concentración de K+ es siempre
mayor a nivel intracelular (como consecuencia de las bombas de
iones) el potencial de reposo de la membrana de la neurona es
negativo.

Transporte pasivo y activo de moléculas
e iones a través de la membrana
celular.

Las corrientes iónicas a través de las
membranas

La clave para comprender para comprender porque se
inicia el potencial de acción cuando hay un incremento
transitorio de la membrana al Na+ es la observación de que estos sólo se
desarrollan cuando el potencial de la membrana sobrepasa un valor
umbral.

Sin embargo, hasta que se desarrolló el
método de control de
voltaje en la década de 1940 no fue posible establecer
en el laboratorio
las condiciones experimentales que permitiesen explicar este
fenómeno. Hodgkin y Huxley utilizaron la neurona del
calamar gigante para insertar los electrodos necesarios para el
control de voltaje y evaluar la hipótesis de que los cambios de
permeabilidad al Na+ y al K+ son tanto necesarios como
suficientes para la producción de los potenciales de
acción

1. Transporte pasivo: cuando no se requiere
   energía para que la sustancia cruce la membrana
   plasmática 

Difusión Simple

Las moléculas en solución están
dotadas de energía cinética y, por tanto tienen
movimientos que se realizan al azar. La difusión
consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su
energía cinética cuando existe un gradiente de
concentración, es decir cuando en una parte de la
solución la concentración de las moléculas
es más elevada. La difusión tiene lugar hasta que
la concentración se iguala en todas las partes y
será tanto más rápida cuanto mayor sea
energía cinética (que depende de la temperatura) y
el gradiente de concentración y cuanto menor sea el
tamaño de las moléculas. 

Osmosis

Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual,
un disolvente – el agua en el
caso de los sistemas biológicos – pasa selectivamente a
través de una membrana semi-permeable. La membrana de las
células
es una membrana semi-permeable ya que permite el paso del agua
por difusión pero no la de iones y otros materiales. Si
la concentración de agua es mayor (o lo que es lo mismo la
concentración de solutos menor) de un lado de la membrana
es mayor que la del otro lado, existe una tendencia a que el agua
pase al lado donde su concentración es
menor. 

Ultrafiltración

En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos
solutos pasan a través de una membrana por efecto de una
presión hidrostática. El movimiento es siempre
desde el área de mayor presión al de menos
presión. La ultrafiltración tiene lugar en el
cuerpo humano
en los riñones y es debida a la presión arterial
generada por el corazón.
Esta presión hace que el agua y algunas moléculas
pequeñas (como la urea, la creatinina, sales, etc.) pasen
a través de las membranas de los capilares
microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas
en la orina. Las proteínas y grandes moléculas como
hormonas,
vitaminas,
etc., no pasan a través de las membranas de los capilares
y son retenidas en la sangre. 

Difusión facilitada

Se da en partículas grandes como para difundir a
través de los canales de la membrana y demasiado
insolubles en lípidos
como para poder difundir
a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso
de la glucosa y
algunos otros monosacáridos. Estas sustancias, pueden sin
embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso
de difusión facilitada, con la ayuda de una
proteína transportadora. En el primer paso, la glucosa se
une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma,
permitiendo el paso del azúcar.
Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP
como fuente de energía pasa hacer atravesar la membrana a
una sustancia en particular 

Conclusión

Como la fuerza electrostática dada por la ley
de Coulomb es conservativa, es posible discutir de manera
conveniente los fenómenos electrostáticos en
términos de una energía potencial
eléctrica.

Esta idea permite definir una cantidad escalar llamada
potencial eléctrico. Debido a que el potencial es
una función
escalar de la posición, ofrece una manera más
sencilla de describir los fenómenos electrostáticos
que la que presenta el Campo Eléctrico. La carga
eléctrica constituye una propiedad fundamental de la
materia.

Se manifiesta a través de ciertas fuerzas,
denominadas electrostáticas, que son las responsables de
los fenómenos eléctricos. Su influencia en el
espacio puede describirse con el auxilio de la noción
física de campo de fuerzas. El concepto de potencial hace
posible una descripción alternativa en términos de
energías, de dicha influencia.

La carga eléctrica es una de las propiedades
básicas de la materia. Aunque la comprensión
extensa de sus manifestaciones se resistió durante siglos
al escrutinio de la ciencia, ya
hacia el año 600 a. C. los filósofos griegos describieron con detalle
el experimento por el cual una barra de ámbar frotado
atrae pequeños pedacitos de paja u otro material ligero
(electrización por
frotamiento).

Coulomb ideó un método
ingenioso para hallar como depende de su carga la fuerza ejercida
por o sobre un cuerpo cargado. Para eso se baso en la
hipótesis de que
si un conductor esférico cargado se pone en contacto con
un segundo conductor idéntico, inicialmente descargado,
por razones de simetría la carga del primero se reparte
por igual entre ambos. De este modo dispuso de un método
para obtener cargas iguales a la mitad, la cuarta parte, etc., de
cualquier carga dada. Los resultados de sus experimentos
están de acuerdo con la conclusión de que la fuerza
entre dos cargas puntuales, q y q', es proporcional al producto
de estas. La expresión completa de la fuerza entre dos
cargas puntuales es.

El potencial químico es la variación en
una función de estado termodinámica
característica por la variación en el número
de moléculas. Este uso concreto del término es el
más ampliamente utilizado por los químicos
experimentales, los físicos, y los ingenieros
químicos.

Cuando en un sistema termodinámico
multicomponente hay un gradiente de concentración, se
origina un flujo irreversible de materia, desde las altas
concentraciones a las bajas. A este flujo se le llama
difusión. La difusión tiende a devolver al sistema
a su estado de equilibrio, de concentración constante. La
ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que
atraviesa

una superficie (J en mol cm.-2 s-1) es
directamente proporcional al gradiente de concentración.
El coeficiente de proporcionalidad se llama coeficiente de
difusión (D, en cm2 s-1). Para un sistema
discontinuo (membrana que separa dos cámaras) esta ley se
escribe:

La ley de Gauss puede deducirse matemáticamente a
través del uso del concepto de ángulo
sólido, que es un concepto muy similar a los factores de
vista conocidos en la transferencia de calor por radiación.

Bibliografía

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• http://es.wikiversity.org/wiki/Electricidad
• 
  http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/A_Franco/elecmagnet/elecmagnet.htm
• http://www.monografias.com/trabajos12/carel/carel.shtml
• 
  http://www.ulpgc.es/hege/almacen/download/5/5207/Electricidad_1.doc
• http://html.rincondelvago.com/campo-electrico.html
• http://www.gfc.edu.co/~patgal/ejercicio1/node15.html
• http://fai.unne.edu.ar/biologia/celulamit/transpor.htm

Autor:

Hylen García

Francis Blanco

Jorge Rodríguez

Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio de Educación y
Deporte

Universidad de Oriente

Núcleo Bolívar –
Unidad de Cursos Básicos

Cátedra: Física Medica

Ciudad Bolívar, 17 de Mayo de 2008