Cargas e Matéria

Cargas e Matéria
Átomo – origem grega
Significado: indivisível - Considerado a menor partícula
O átomo é constituído: Núcleo e
Eletrosfera
Núcleo: Prótons e Neutrons
Eletrosfera: elétrons
Dimensões dos átomos d = 10-8 cm
Propriedades Elétricas Básicas: ATRAÇÃO e REPULSÃO
Cargas de mesmo sinal se repelem
1
2
1
2
+
+
-
-
Cargas de sinais contrários se atraem
+
-
Convenção:
Próton - carga positiva
Elétron – carga negativa
O que provoca o aparecimento da carga elétrica?
1
É A TRANSFERENCIA DE ELÉTRONS
O que ocorre nos átomos com a transferência de elétrons?
1- Átomo ganhando elétrons
Número de elétrons > número prótons
Fica carregado negativamente - Íon negativo = ânion
2- Átomo perdendo elétrons
Número de prótons > número de elétrons
Fica carregado positivamente - Íon positivo = cátions
Portanto: Recebendo ou cedendo elétrons, o corpo carregado mostra um
desequilíbrio nas suas cargas internas.
Condutores e Isolantes
Átomos apresentam tendência diferente de ganhar ou perder elétrons.
Condutores:
Metais, grafite, água, cerâmicas, etc.
Apresentam os elétrons das últimas camadas fracamente ligados, podendose libertar e mover-se pelos materiais.
São capazes de conduzir corrente elétrica
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Isolantes ou Dielétricos
Vidros, plásticos, algumas cerâmicas, etc.
Apresentam elétrons das últimas camadas fortemente ligados, não podendo
se mover pelo material, dificultando o movimento de corrente elétrica.
Processos de Eletrização:
Eletrização de um corpo pode ocorrer de 3 maneiras:
1. Eletrização por atrito
2. Eletrização por contato
3- Eletrização por Indução
Lei de Coulomb
Lei que determina o valor da força eletrostática que agem entre as cargas
elétricas de duas partículas.
CAMPO ELÉTRICO
Considerando uma carga elétrica Q fixa em uma posição do espaço:
Q
A carga Q modifica de alguma forma a região que a envolve
Para medir/sentir esta atuação de carga coloca-se um carga de prova q0,
puntual, num ponto da região de Q
Verifica-se a presença de uma força atuando sobre a carga de prova.
3
F
Q
q0
Verificamos, portanto a presença de uma região de influência da carga Q
chamada Campo Elétrico.
Campo Elétrico é uma característica de cada carga, não depende de uma
carga de prova para sua existência
Campo Elétrico transmite interações elétricas
CAPACITORES E DIELÉTRICOS
Capacitor:
São dispositivos para armazenagem de cargas elétricas (energia potencial).
Um capacitor pode produzir campos elétricos de diferentes intensidade.
CORRENTE ELÉTRICA
Definição: É o movimento ordenado de cargas elétricas.
Para que ocorra o movimento ordenado de cargas elétricas deve haver uma
força (Energia) direcionando este movimento.
RESISTOR
É um condutor com uma resistência definida.
Símbolos:
Resistor fixo
resistor variável
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Tipos de resistores : fio, carvão, cerâmica, etc.
Aplicação : Chuveiro e torneira elétrica
Lâmpada, forno
Componentes de equipamentos eletrônicos
RESISTIVIDADE
=
E
J
campo elétrico por densidade de energia
Unidade de medida ( m )
CONDUTIVIDADE
 =
1 
 
 m
Bioeletricidade
proteínas
lipídio
Figura 1: A membrana celular
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Moles/m3
K+
160
Na+
120
80
40
Na+
K+
Cl _
A_
40
80
120
A
Dentro da célula
Cl _
_
160
Fora da célula
Figura 2: Concentração de íons de K, Na e Cl dentro e fora de uma célula.
A_ é a soma de todos os outros íons negativos.
K+
Cl _
Cl _
Na+
Na+
Força de difusão no
K+
Força de difusão no Cl _
Campo elétrico na membrana
K+
K+
Cl _
Figura 3: O K+ difunde-se de dentro para fora da célula criando um
excesso de cargas positivas na parte externa da membrana celular. O Cl _ ,
ao contrário, difunde-se de fora para dentro criando um excesso de cargas
negativas pa parte interna da membrana. A atração/ repulsão elétrica
impede que essa difusão continue.
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Existe um campo elétrico na membrana celular (Fig.1). A existência desse
campo se explica como se segue. Devido às diferenças de concentração
entre o meio intercelular e o interior da célula (Fig.2), íons de Cl _ e Na+
tendem passar do lado de fora para o lado de dentro da célula. Pela mesma
razão, íons de K+ tendem passar de dentro para fora da célula. Essa difusão
de íons depende, além da diferença de concentração, da permeabilidade da
membrana celular. A permeabilidade da membrana para o Na+ é cerca de
100 vezes menor do que para o cloro e potássio. Menor ainda é a
permeabilidade para todos os ouros íons. Por isso vamos considerar
somente as difusões de cloro e potássio (Fig.3). A difusão de Cl _ para o
interior da célula e K+ para o exterior se processaria até que as
concentrações dentro e fora fossem iguais. Porém, como antes da difusão a
célula e o meio intercelular são neutros, a difusão de íons de um lado e de
outro quebra essa neutralidade, tornando o interior negativo e o exterior
positivo. Sendo esses íons de sinais contrários, eles se atraem eletricamente
e ficam nas paredes interna (íons negativos) e externa (íons positivos) da
membrana celular criando um campo elétrico no seu interior. É esse campo
que impede, a partir de um certo ponto, que essa difusão continue. A
explicação é simples. Considere, por exemplo, um íon de potássio. Para
passar para o lado externo da célula ele vai encontrar um campo elétrico
(dentro da membrana) contrário a esse movimento. Se a força de difusão é
maior do que a força elétrica, ele passará pela membrana e aumentará a
carga positiva na sua parede externa. Consulte seus alfarrábios e verifique
que aumentando a carga na parede da membrana, aumenta o campo elétrico
no seu interior e, consequentemente, a força contrária à passagem de outro
íon de potássio. Quando a força elétrica se iguala à de difusão, cessa o
movimento de íons através da membrana celular e temos a situação de
equilíbrio. Isso ocorre para uma diferença de potencial da ordem de 7090mV e com a participação de 1 para cada 100000 íons de potássio e
cloro.. Embora 90mV pareça pouco, dada a espessura da membrana
(~8nm), gera um campo de cerca de 11MV/m o seu interior!
Campos dessa ordem dificilmente deixam de ter efeitos interno na
membrana. Embora não completamente conhecidos, sabe-se que a simples
inversão da polaridade na membrana causa um aumento de 1000 vezes na
sua permeabilidade para o sódio.
O potencial externo de uma membrana é maior que o interno. Em geral
toma-se como zero o potencial externo e negativo o potencial interno.
O Neurônio
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O neurônio é um transmissor de bioeletricidade. Quando estimulado, o
neurônio envia um sinal bioelétrico através de um potencial reverso numa
pequena região de sua membrana. Este sinal é chamado de despolarização
e a volta à situação de equilíbrio de repolarização
O neurônio possui uma longa cauda (pode chegar a 1m de comprimento),
denominada axônio, que leva sinais do corpo celular para músculos,
glândulas ou outros neurônios. Os dendritos são prolongamentos delgados
e ramificados que recebem estímulos e os tramitem ao corpo celular.
Muitos são os possíveis estímulos para os neurônios: temperatura, pressão,
corrente elétrica e estímulo químico enviado através da junção entre dois
neurônios (sinapse).
Um estimulo faz a permeabilidade do Na+ aumentar muito (~1000 vezes,
ficando cerca de 10 vezes maior do que a do K+). A difusão de potássio no
interior da célula faz com que ela se torne positiva em relação ao exterior,
passando de -90mV para +40mV. Essa despolarização altera a estrutura da
membrana e faz a voltar ao normal a permeabilidade para o Na+ e aumenta
a do K+ cerca de 30 vezes (Fig.5). Isto faz cessar o fluxo de Na+ e voltar á
situação de equilíbrio, embora com um pequeno excesso de Na+ e falta de
K+ no interior da célula que é lentamente eliminado1. A causa das
mudanças na permeabilidade das membranas celulares ainda não é bem
conhecidas.
1
A eliminação do Na+ contra a concentração e o campo elétrico e a volta do K+ contra a concentração se
faz por um processo denominado bomba de sódio-potássio. O metabolismo da célula é o responsável por
esse transporte.
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Para outro neurônio
Sinapse
Dendritos
Núcleo
Axônio
1 mm
10-3 mm
Bainha Mielínica
Nós de Ranvier
Terminações
Nervosas
Terminações
Nervosas
Fibra Muscular
Figura 4: O neurônio
O pulso criado com a despolarização, denominado potencial de ação é que
é transmitido pela membrana celular. A despolarização numa região é um
estímulo suficiente para criar despolarização nas regiões adjacentes fazendo
o pulso propagar-se (Fig.6).
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Figura 5: Na despolarização a permeabilidade para o Na+ aumenta mas
logo em seguida a do K+ também aumenta
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Membrana
Estímulo
Depolarização
Membrana
Na+
K+
Na+
Membrana
Na+
Repolarização
Na+
K+
K+
Na+
Figura 6: A despolarização numa região causa a despolarização nas
regiões adjacentes fazendo o potencial de ação propagar-se
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Bainha mielínica: Alguns neurônios têm o axônio coberto por uma capa
de mielina. A mielina é um mau condutor e e tem algumas funções muito
importantes. A primeira é que isola o axônio do contato com outros axônios
impedindo interferências espúrias. O segundo é que aumenta muito a
velocidade do potencial de ação (podendo ser de 0,5m/s em alguns axônios
sem mielina até 130m/s em axônios com mielina) Finalmente, a mielina
economiza energia na medida em que somente uma muito pequena porção
do axônio terá que usar a bomba sódio potássio.
Despolarizando
Despolarizada
Pulso de tensão- estimula a
despolarização
Ainda
Polarizado
Na+
Na+
bainha Mielínica
Figura 7: A Bainha mielínica envolve o axônio e ajuda a propagar o
potencial de ação
O aumento da velocidade do potencial de ação se dá pela seguinte razão.
Quando o pulso chega à mielina, como o axônio está isolado do meio e
intercelular, cessa a despolarização. Mas o pulso não desaparece. ele passa
a se propagar na mielina com se fosse um fio resistivo. Essa propagação de
potencial é muito rápida mas ao mesmo temo dissipa energia devido à
resistência elétrica da mielina. O potencial cai de V = RI ao longo do
percurso e se tornaria praticamente nulo se a bainha mielínica fosse
contínua. Mas não é. Ela é interrompida a cada milímetro
aproximadamente onde o potencial de ação ainda é suficiente para
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despolarizar a parede do axônio exposta e recuperar o potencial. Logo em
seguida (a interrupção tem cerca de 10-3 mm), o pulso encontra nova bainha
mielínica e continua o processo até o fim do axônio. As interrupções da
bainha mielínica são chamadas nós de Ranvier.
Todo o entendimento do que foi anteriormente explicado é conseqüência de
medidas diretas e individuais nas células nervosas. Por exemplo, para se
obter a diferença de potencial entre o e interior e o exterior da célula,
introduz-se agulhas muito finas nas células individualmente, tomando a
precaução para que estas pontas de prova não influenciem no
comportamento da célula.
Muitas informações são obtidas monitorando-se como os estímulos são
conduzidos ao cérebro. Através desses estudos verificou-se que existem
nervos sensíveis ao toque e outros sensíveis às variações de temperatura.
O que dispara o potencial de ação de um nervo também varia muito.
Existem nervos que disparam a cada estímulo, outros que só disparam no
inicio e no fim do estímulo,etc. Esses comportamentos deverão ser
estudados em outras cadeiras do curso de biologia.
Eletrocardiograma (ECG)
. Conceito:
Eletrocardiograma (ECG) é o registro dos fenômenos elétricos que se
originam durante a atividade cardíaca, auxiliar valioso no diagnóstico de
grande número de cardiopatias e outras condições patológicas
(ex.distúrbios hidroeletrolíticos), ressalvando-se que algumas anomalias
cardíacas não alteram o ECG.
Esse registro é realizado através de um aparelho denominado
eletrocardiógrafo. O eletrocardiógrafo nada mais é do que um
galvanômetro (aparelho que mede a diferença de potencial entre 2 pontos)
que mede pequenas intensidades de corrente que recolhe a partir de dois
eletrodos (pequenas placas de metal conectadas a um fio condutor)
dispostos em determinados pontos do corpo humano.
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O trabalho cardíaco produz sinais elétricos que passam para os tecidos
vizinhos e chegam à pele. Assim, com a colocação de eletrodos no peito,
podemos gravar as variações de ondas elétricas emitidas pelas contrações
do coração. O registro dessas ondas pode ser feito numa tira de papel ou
num monitor e é chamado de eletrocardiograma (ECG).
No coração normal, um ciclo completo é representado por ondas P, Q, R, S,
T, com duração total menor do que 0,8 segundos
Neste gráfico se distingue uma onda P que corresponde à contração das
aurículas, e um consecutivo complexo QRS determinado pela contração
dos ventrículos. Conclui o ciclo uma onda T. Muitas alterações cardíacas
determinam uma modificação da onda eletrocardiográfica normal, de modo
que o eletrocardiograma representa um precioso meio de diagnóstico
ECG normal
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Imagem: 2° vestibular UnB/DF 2001
A figura II representa um ciclo cardíaco. Se o tempo estimado em
cada quadrante é de 0,2 segundos (mostrado na figura I) e um ciclo
compreende 5 quadrantes, em 60 segundos (1 minuto), teremos a
freqüência de 60 ciclos ou batimentos por minuto (0,2 segundos x 5 = 1
segundo = 1 ciclo; em 60 segundos teremos 60 ciclos).
A importância do Eletrocardiograma (E.C.G.)
Uma avaliação médica deveria ser o primeiro passo para que uma pessoa
possa se iniciar seguramente em uma atividade física, sem riscos à sua
saúde. Isto parece, infelizmente, não ser o exemplo a ser seguido por
milhões de praticantes de exercícios físicos e esportes de todos os tipos por
todo o país.
Lamentavelmente, ao não fazer um exame médico minucioso antes de se
iniciar em exercícios e atividades físicas mais intensas, os indivíduos
correm o risco de comprometer seriamente sua saúde.
Um destes testes é o eletrocardiograma que vai detectar possíveis e
minuciosas alterações cardíacas que poderiam trazer algum risco.
Mas qual é a importância real do E.C.G. ?
Imprescindível, pois o eletrocardiograma (E.C.G.) avalia a atividade do
músculo cardíaco e detecta possíveis alterações e distúrbios que possam
comprometer à prática regular de determinadas atividades físicas.
O E.C.G deve ser realizado em repouso e em esforço (Teste ergométrico) a
fim de que se possa avaliar o estado do coração durante o exercício físico,
porque uma pessoa pode ter um E.C.G. de repouso sem alterações, porém
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quando submetida ao esforço podem aparecer alterações significativas que
possam sugerir doença cardíaca, principalmente isquemia miocárdica*¹.
2. Noções Básicas de Eletrofisiologia:
A célula em repouso (polarizada) é rica em potássio, e apresenta-se
negativa em relação ao meio externo que é positivo e rico em sódio
Quando ocorre a ativação celular, ocorrem trocas iônicas e inverte-se a
polaridade da célula. À medida que se propaga a ativação, há uma
tendência progressiva da célula a ser positiva, enquanto que o meio
extracelular ficará gradativamente negativo.
A célula totalmente despolarizada fica com sua polaridade invertida. A
repolarização fará com que a célula volte às condições basais.
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