Conceptos Fundamentales de Electricidad

  • Carga eléctrica: Propiedad intrínseca de las partículas elementales que permite su migración en un campo eléctrico. Produce la fuerza que mantiene unidos a protones, neutrones y átomos. Se mide en Coulombs (C). Tipos: positiva y negativa.
  • Electricidad: Fuerza de la naturaleza, análoga a la gravedad, que depende de la carga. Fenómenos físicos ocasionados por cargas eléctricas y sus interacciones. Determina la estructura atómica y actúa a distancia.

Procesos de Carga

Para adquirir carga eléctrica, los objetos deben ganar o perder electrones mediante:

  • Frotamiento: Contacto entre objetos de distinto material seguido de separación.
  • Contacto: Transferencia directa de electrones.
  • Inducción: Acercamiento de un objeto cargado que redistribuye las cargas en el otro objeto.

Partículas Subatómicas

  • Neutrones: Sin carga, masa ≈ 1,675 × 10⁻²⁷ kg.
  • Protones: Carga positiva (+1,6 × 10⁻¹⁹ C), masa ≈ 1,675 × 10⁻²⁷ kg.
  • Electrones: Carga negativa (-1,6 × 10⁻¹⁹ C), masa ≈ 9,110 × 10⁻³¹ kg.

Leyes y Componentes Eléctricos

Ley de Coulomb

La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Materiales

  • Aisladores: No conducen corriente; los electrones están fuertemente ligados a los átomos (ej. corcho, vidrio).
  • Conductores: Conducen corriente; las cargas se mueven libremente (ej. metales).

Electrodinámica y Circuitos

Corriente Eléctrica

Flujo de cargas (electrones) a través de un conductor. Se mide en Amperes (C/s). Por convención, se considera un flujo de cargas positivas.

Leyes de Ohm y Kirchhoff

  • Ley de Ohm: La intensidad (I) es directamente proporcional al voltaje (V) e inversamente proporcional a la resistencia (R). I = V/R.
  • Leyes de Kirchhoff: Regulan la circulación de corriente en nodos (1ª ley: conservación de la carga) y la diferencia de potencial en mallas (2ª ley: conservación de la energía).

Magnetismo e Inducción

  • Principio de Oersted: Las cargas en movimiento producen efectos magnéticos.
  • Ley de Faraday: Todo campo magnético variable produce una corriente eléctrica inducida.
  • Reglas de la mano: La mano derecha se aplica a generadores (dinamos), mientras que la mano izquierda se aplica a motores eléctricos.

Bioinstrumentación y Aplicaciones Médicas

Instrumentación Básica

  • Transductor: Convierte una señal de una forma de energía a otra.
  • Amplificador: Aumenta la intensidad y el voltaje de una señal.
  • Osciloscopio: Dispositivo de visualización gráfica de señales eléctricas en el tiempo.

Bioelectricidad

El estudio de los potenciales de membrana (ecuaciones de Nernst y Goldman) es fundamental para entender el impulso nervioso y el funcionamiento de equipos como marcapasos, PET-scan y resonancia magnética (MRI).