viernes, 29 de mayo de 2020

Biofísica UBA XXI Guía 5.17. Electricidad


17. Para el siguiente circuito, calcule:



Datos: Rtotal= 4.6 Ω

a) La diferencia de potencial en cada tramo del circuito

V = 100 V ---------- diferencia de potencial en cada tramo (paralelo)

b) La resistencia R3

R1, R2 y R3  están en paralelo

Rtot = 1 / (1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3)

Reemplazando y despejando R3
R3 = 1 / (1/ Rtot - 1/ R1 - 1/ R2) = 1 / (1/ 4,6 Ω - 1/ 10 Ω - 1/ 20 Ω) = 14,84 Ω  ---- resistencia 3

c) La intensidad total del circuito y en cada resistencia

V = R I (Ley de Ohm)

Donde
V = diferencia de potencial = 100 V
R = resistencia equivalente
I = intensidad del circuito

Reemplazando y despejando I
I = V / R

R1 = 10 Ω -------------- I1 = V / R1 = 100 V / 10 Ω = 10 A
R2 = 20 Ω -------------- I2 = V / R2 = 100 V / 20 Ω = 5 A
R3 = 14,84 Ω ---------- I3 = V / R3 = 100 V / 14,84 Ω = 6,74 A

Itot = I1 + I2 + I3 = 10 A + 5 A + 6,74 A = 21,74 A

Otro método

Reemplazando y despejando I en la Ley de Ohm
Itot = V / R = 100 V / 4,6 Ω  = 21,74 A



Biofísica UBA XXI Guía 5.16. Electricidad


16. Para el siguiente circuito, calcule:




a) La diferencia de potencial en cada tramo del circuito

V = 15 V --------- diferencia de potencial en cada tramo del circuito (paralelo)

b) La intensidad total de corriente y para cada resistencia

V = R I (Ley de Ohm)

Donde
V = diferencia de potencial = 15 V
R = resistencia
I = intensidad

Reemplazando y despejando I
I = V / R

R1 = 30 Ω -------------- I1 = V / R1 = 15 V / 30 Ω = 0,5 A
R2 = 15 Ω -------------- I2 = V / R2 = 15 V / 15 Ω = 1 A
R3 = 45 Ω -------------- I3 = V / R3 = 15 V / 45 Ω = 0,33 A

Itot = I1 + I2 + I3 = 0,5 A + 1 A + 0,33 A = 1,83 A ---------- intensidad total


c) La resistencia total del circuito

R1, R2 y R3  están en paralelo

Rtot = 1 / (1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3) = 1 / (1/ 30 Ω + 1/ 15 Ω + 1/ 45 Ω) = 8,18 Ω  ---- resistencia total

Otro método

Reemplazando y despejando R en la Ley de Ohm
Rtot = V / I = 15 V / 1,83 A  = 8,18 Ω


jueves, 28 de mayo de 2020

Biofísica UBA XXI Guía 5.15. Electricidad


15. Para el circuito graficado, calcule



Datos:
Itotal: 3 A (ampere)
Rtotal: 60 Ω
R1: 10 Ω
R3: 30 Ω

a) Resistencia total del circuito

Rtotal = 60 Ω

b) Intensidad de corriente total y para cada tramo del mismo

Itotal = 3 A --------- intensidad total y en cada tramo del circuito (serie)

c) La diferencia de voltaje en cada resistencia

Rtotal = R1 + R2 + R3 (resistencias en serie)

Reemplazando y despejando R2
R2 = Rtotal – R3 – R1 = 60 Ω– 30 Ω– 10 Ω = 20 Ω

V = R I (Ley de Ohm)

Donde
V = diferencia de potencial
R = resistencia
I = intensidad del circuito= 3A

R1 = 10 Ω -------------- V1 = R1 I = 10 Ω 3 A = 30 V
R2 = 20 Ω -------------- V2 = R2 I = 20 Ω 3 A = 60 V
R3 = 30 Ω -------------- V3 = R3 I = 30 Ω 3 A = 90 V


Biofísica UBA XXI Guía 5.14. Electricidad


14. Para el circuito que se presenta a continuación, calcule:



a) Resistencia total del circuito

Todas las residencias del circuito están en serie

Req = 20 Ω + 10 Ω + 30 Ω = 60 Ω  ------------- resistencia equivalente

b) Intensidad de corriente total y para cada tramo del mismo

V = R I (Ley de Ohm)

Donde
V = diferencia de potencial = 12 V
R = resistencia equivalente = 60 Ω
I = intensidad del circuito

Reemplazando y despejando I
I = V / R = 12 V / 60 Ω = 0,2 A --------- intensidad total y en cada tramo del circuito (serie)

c) La diferencia de voltaje en cada resistencia

R1 = 20 Ω -------------- V1 = R1 I = 20 Ω 0,2 A = 4 V
R2 = 10 Ω -------------- V2 = R2 I = 10 Ω 0,2 A = 2 V
R3 = 30 Ω -------------- V3 = R3 I = 30 Ω 0,2 A = 6 V


Biofísica UBA XXI Guía 5.13. Electricidad


13. Calcule la fuerza necesaria para trasladar una carga de 1 C una distancia de 1x10-3 hm de una cara a la otra de un capacitor que presenta una diferencia de potencial de:
a) 10 V
b) 10 mV
c) 10 KV

F = Q E

Donde
F = fuerza eléctrica
Q = carga = 1 C
E = campo eléctrico = V / d
V = diferencia de potencial
d = distancia entre placas =  1 x 10-3 hm = 0,1 m

Reemplazando
V = 10 V ------------------- F = Q V / d = 1 C 10 V / 0,1 m = 100 N ----------- fuerza eléctrica
V = 10 mV = 0,01 V------ F = Q V / d = 1 C 0,01 V / 0,1 m = 0,1 N ----------- fuerza eléctrica
V = 10 kV = 10.000 V --- F = Q V / d = 1 C 10.000 V / 0,1 m = 100.000 N ----------- fuerza eléctrica


Biofísica UBA XXI Guía 5.12. Electricidad


12. Si a una carga de 0,5 C se le realiza un trabajo de 20 J para trasladarla a través de un capacitor que tiene un campo eléctrico de 10 N/C. ¿Cuál es la distancia entre placas?

W = Q V

Donde
W = trabajo = 20 J
Q = carga = 0,5 C
V = diferencia de potencial = E d
E = campo eléctrico = 10 N/C
d = distancia entre placas

Reemplazando y despejando d
d = W / ( Q E) = 20 J / ( 0,5 C 10 N/C) = 4 m ---------- distancia

Biofísica UBA XXI Guía 5.11. Electricidad


11. ¿Cuál será la fuerza eléctrica que aparecerá sobre una carga de 0,25 C al trasladarla de un lado a otro de un capacitor con una diferencia de potencial entre placas de 0,1 KV y separadas una de otra por 0,002 Km?

F = Q E

Donde
F = fuerza eléctrica
Q = carga = 0,25 C
E = campo eléctrico = V / d
V = diferencia de potencial = 0,1 kV = 100 V
d = distancia entre placas = 0,002 km  = 2 m

Reemplazando
F = Q V / d = 0,25 C 100 V / 2 m = 12,5 N ----------- fuerza eléctrica


miércoles, 27 de mayo de 2020

Biofísica UBA XXI Guía 5.10. Electricidad


10. Si un capacitor tiene en su interior un campo eléctrico de 10 N/C y sus placas están separadas entre si por 10 cm. ¿Cuál será la diferencia de potencial entre las placas?

V = E d

Donde
V = diferencia de potencial
E = campo eléctrico = 10 N/C
d = distancia entre placas = 10 cm = 0,10 m

Reemplazando
V = 10 N/C 0,10 m = 1 V ------------ diferencia de potencial


Biofísica UBA XXI Guía 5.9. Electricidad


9. ¿Cuál será el trabajo necesario para mover una carga de 2 C de una cara hacia la otra de un capacitor que presenta una diferencia de potencial de 12000 mV?

W = Q V

Donde
W = trabajo
Q = carga = 2 C
V = diferencia de potencial = 12.000 mV = 12 V

Reemplazando
W = 2 C 12 V = 24 J  -----------------  trabajo


Biofísica UBA XXI Guía 5.8. Electricidad


8. Calcule el campo eléctrico a una distancia de 10 cm producido por:
a) Una carga de 1 C
b) Una carga de 2 C
c) Una carga de 0,5 C

| E | = K | Q | / d2

Donde
| E | = modulo del campo eléctrico
K  = constante de Coulomb = 9 x 109 N m2/C2
| Q | = carga
d = distancia a la carga = 10 cm = 0,10 m

Reemplazando para Q
Q = 1 C -------------- | E | = K | Q | / d2 = 9 x 109 N m2/C2 1 C / (0,10 m)2 = 9 x 1011 N
Q = 2 C -------------- | E | = K | Q | / d2 = 9 x 109 N m2/C2 2 C / (0,10 m)2 = 1,8 x 1012 N
Q = 0,5 C ------------ | E | = K | Q | / d2 = 9 x 109 N m2/C2 0,5 C / (0,10 m)2 = 4,5 x 1011 N


Biofísica UBA XXI Guía 5.7. Electricidad


7. Si se coloca una carga de prueba (q) en un campo eléctrico de 1x109 N/C, generado por una carga (Q) de 0,01 C. ¿A qué distancia se encuentra q de Q?


| E | = K | Q | / d2

Donde
| E | = modulo del campo eléctrico = 1 x 109 N/C
K  = constante de Coulomb = 9 x 109 N m2/C2
| Q | = carga  = 0,01 C
d = distancia a la carga

Reemplazando y despejando d
d = (K | Q1 | / | E |)1/2  =  (9 x 109 N m2/C2 0,01 C) / 1 x 109 N)1/2  = 0,3 m


Biofísica UBA XXI Guía 5.6. Electricidad


6. Calcule el campo eléctrico de una carga Q de 1 C en las siguientes situaciones:
a) A una distancia de 1 cm
b) A una distancia de 2 cm
c) A una distancia de 10 cm

| E | = K | Q | / d2

Donde
| E | = modulo del campo eléctrico
K  = constante de Coulomb = 9 x 109 N m2/C2
| Q | = carga  = 1 C
d = distancia a la carga

d = 1 cm = 0,01 m ------------- | E | = 9 x 109 N m2/C2 1 C / (0,01 m)2 = 9 x 1013 N/C
d = 2 cm = 0,02 m ------------- | E | = 9 x 109 N m2/C2 1 C / (0,02 m)2 = 2,25 x 1013 N/C
d = 10 cm = 0,10 m ------------- | E | = 9 x 109 N m2/C2 1 C / (0,10 m)2 = 9 x 1011 N/C


martes, 26 de mayo de 2020

Biofísica UBA XXI Guía 5. Electricidad Indice

Biofísica UBA XXI Unidad 5. Bases físicas de los fenómenos bioeléctricos


Guía 5. Electricidad

Indice UBA XII

Indice general


Biofísica UBA XXI Guía 5.5. Electricidad


5. Si sobre una carga Q1 de 0,5 C y otra de 0,8 C que se encuentran en el aire aparece una fuerza de repulsión de 6 x 1011 N ¿A qué distancia se encuentran una de otra?
Datos: K = 9 . 109 N m2 / C2

| F | = K | Q1 | | Q2 | / d2 (Ley de Coulomb)

Donde
| F | = modulo de la fuerza = 6 x 1011 N (fuerza de repulsión -------- cargas de igual signo)
K  = constante de Coulomb = 9 x 109 N m2/C2
| Q1 | = carga 1 = 0,5 C
| Q2 | = carga 2 = 0,8 C
d = distancia entre las dos cargas

Reemplazando y despejando d
d = (K | Q1 | | Q2 | / | F |)1/2  =  (9 x 109 N m2/C2 0,5 C 0,8 C) /  6 x 1011 N)1/2  = 0,077 m


Biofísica UBA XXI Guía 5.4. Electricidad


4. Si sobre 2 cargas que se encuentran en el aire separadas por una distancia de 50 dm aparecen fuerzas de atracción de 1,08 x 109 N (Newton). Indique cuál es la carga de Q2, si la carga de Q1 es de 1C. Datos: K = 9 . 109 N m2 / C2

| F | = K | Q1 | | Q2 | / d2 (Ley de Coulomb)

Donde
| F | = módulo de la fuerza = 1,08 x 109 N (fuerza de atracción -------- cargas de distinto signo)
K  = constante de Coulomb = 9 x 109 N m2 / C2
| Q1 | = carga 1 = 1 C
| Q2 | = carga 2
d = distancia entre las dos cargas = 50 dm = 5 m

Reemplazando y despejando Q2
| Q2 | = F d2 / (K | Q1 |) = 1,08 x 109 N (5m)2 / (9 x 109 N m2 / C2 1 C) = 3 C  ---------- carga 2 (modulo)

---------- Q1  > 0 y fuerza de repulsión -------------- Q2 = - 3 C  --------- carga 2


Biofísica UBA XXI Guía 5.3. Electricidad


3. Si las mismas cargas del punto anterior Q1 de 0,1 C y Q2 de 0,1 C, se alejan y ahora se encuentran ubicadas a una distancia de 0,01 hm una de otra. ¿Cuál es el valor de la fuerza que aparece sobre ambas cargas? ¿Son fuerzas de atracción o de repulsión? ¿Cómo se modificó la fuerza con respecto al problema 2? Datos: K = 9 . 109 N m2 / C2


| F | = K | Q1 | | Q2 | / d2 (Ley de Coulomb)

Donde
| F | = módulo de la fuerza
K  = constante de Coulomb = 9 x 109 N m2 / C2
| Q1 | = carga 1 = 0,1 C
| Q2 | = carga 2 = 0,1 C
d = distancia entre las dos cargas = 0,01 hm = 1 m

Reemplazando
| F3 | = 9 x 109 N m2 / C2 0,1 C 0,1 C / (1 m)2 = 9 x 107 N  ------------- módulo de la fuerza

Cargas de igual signo ------------- fuerza de repulsión 

| F2 | = 9 x 109 N m2 / C2 0,1 C 0,1 C / (0,10 m)2 = 9 x 109 N  ------------- módulo de la fuerza


F3 = F2 / 100 



Biofísica UBA XXI Guía 5.2. Electricidad


2. Dos cargas, Q1 de 0,1 C y Q2 de 0,1 C están en el aire separadas por una distancia de 100 mm. ¿Cuál es el valor de la fuerza que aparece sobre ambas cargas? ¿Son fuerzas de atracción o de repulsión? Datos: K = 9 . 109 N m2 / C2

| F | = K | Q1 | | Q2 | / d2 (Ley de Coulomb)

Donde
| F | = módulo de la fuerza
K  = constante de Coulomb = 9 x 109 N m2 / C2
| Q1 | = carga 1 = 0,1 C
| Q2 | = carga 2 = 0,1 C
d = distancia entre las dos cargas = 100 mm = 0,10 m

Reemplazando
| F | = 9 x 109 N m2 / C2 0,1 C 0,1 C / (0,10 m)2 = 9 x 109 N  ------------- módulo de la fuerza

Cargas de igual signo ------------- fuerza de repulsión 


Biofísica UBA XXI Guía 5.1. Electricidad


1. Una carga Q1 de 1 C (Coulomb) se encuentra a 10 cm de otra carga Q2 de -1 C (Coulomb). Si ambas se encuentran ubicadas en el aire, ¿Cuál es el valor de la fuerza que aparece sobre ambas cargas? ¿Son fuerzas de atracción o de repulsión? Datos: K = 9 . 109 N m2 / C2

| F | = K | Q1 | | Q2 | / d2 (Ley de Coulomb)

Donde
| F | = módulo de la fuerza
K  = constante de Coulomb = 9 x 109 N m2 / C2
| Q1 | = carga 1 = 1 C
| Q2 | = carga 2 = 1 C
d = distancia entre las dos cargas = 10 cm = 0,10 m

Reemplazando
| F | = 9 x 109 N m2 / C2 1 C 1 C / (0,10 m)2 = 9 x 1011 N  ------------- módulo de la fuerza

Cargas de distinto signo ------------- fuerza de atracción


viernes, 22 de mayo de 2020

Biofísica UBA XXI Guía 4.23. Fisicoquímica


23. Un recipiente con una solución acuosa de sacarosa 0,1 M se pone en contacto con otro recipiente con una solución más concentrada, a través de un tubo de 15 cm de longitud, ambas a la misma temperatura. Si el flujo es de 10-12 moles/cm2. s y el coeficiente de difusión (D) de la sacarosa es 9 . 10-9 cm2/s, calcule la concentración de la solución concentrada de sacarosa en el segundo recipiente

φ = - D A ΔC / Δx (Ley de Fick)

donde
φ = flujo de partículas
A = Area de la membrana
Φ = φ / A = densidad de flujo = 10-12 mol/cm2 .s 
D = coeficiente de difusión = 9 x 10-9 cm2 / s
Δx = longitud del tubo = 15 cm
ΔC = variación de la concentración =  C1 – C2
C1 = concentración 1 = 0,1 M = 0,1 mol/L = 0,1 mol/dm3  (1 dm3 / 103 cm3)  = 0,1 x 10-3 mol/cm3
C2 = concentración 2 > C1

Reemplazando
C2 = Φ Δx / D + C1 = 10-12 mol/cm2 .s 15 cm / 9 x 10-9 cm2 / s + 0,1 x 10-3  mol/ cm3 = 1,77 10-3 mol/ cm3   concentración



Biofísica UBA XXI Guía 4.22. Fisicoquímica


22. Calcular el coeficiente de difusión de la urea a través de una membrana de 10 nm de espesor si la diferencia de concentración entre ambos lados de la membrana es de 200 osm/m3 y el flujo es de 1,1 . 10 -12 mol /cm2 .s

φ = - D A ΔC / Δx (Ley de Fick)

donde
φ = flujo de partículas
A = Area de la membrana
Φ = φ / A = densidad de flujo = 1,1 x 10-12 mol/cm2 .s 
D = coeficiente de difusión
Δx = espesor de la membrana = 10 nm = 10 x 10-7  cm = 1 x 10-6  cm
ΔC = variación de la concentración =  200 osm/m3  =  200 mol/m3 (1 m3 /106 cm3)  = 2 x 10-4 mol/ cm3

El factor de Van´t Hoff  (i) de urea = 1

El signo menos = el flujo tiene sentido contrario a la diferencia de concentración

Reemplazando y despejando D
D = Φ Δx / ΔC = 1,1 x 10-12 mol/cm2. s 1 x 10-6 cm / 2 x 10-4 mol/cm3  = 5,5 x 10-15  cm2 / s ---------- coeficiente de difusión


Biofísica UBA XXI Guía 4.21. Fisicoquímica


21. Una solución de 0,9% de NaCl en agua es isotónica con el plasma sanguíneo (suponga disociación total). Calcule la presión osmótica del plasma sanguíneo a 37 °C. Mr NaCl = 58,5g

Π = Osm R T

donde
Π = presión osmótica
Osm = Osmolaridad del plasma = Osm NaCl  (solución isotópica)
Osm NaCl = osmolaridad del NaCl M i
M = molaridad = moles / V
moles = moles de NaCl = masa / Mr
masa = 0,9 % = 0,9 gr /100 ml * V = 9 gr / L * V
Mr NaCl = masa atómica = 58,5 gr  /mol
V = volumen
i = factor de Van´t Hoff = υ g
υ = número de iones = 2  (Na Cl se disocia en 2 iones)
g = grado de disociación = 1 (disociación total)

R = constante de los gases ideales = 0,082 L atm/mol K
T = temperatura = 37º C + 273 = 310 K

Reemplazando
Π = 9 / 58,5 gr * 2 * 1 * 0,082 L atm/mol K  310 K = 7,82 atm


jueves, 21 de mayo de 2020

Biofísica UBA XXI Guía 4.20. Fisicoquímica


20. En un osmómetro se coloca una solución de KCL 0,16 molar (g = 0,8). Dicho osmómetro se sumerge en un recipiente con agua destilada de tal manera que ambas sustancias se encuentran separadas por una membrana semipermeable pura. Calcule la temperatura del sistema para que la altura de la columna del osmómetro se eleve hasta alcanzar 5340 cm. Exprese el resultado en °C
Datos: 1013080 ba = 1 atm densidad (δ) KCl = 1,15 g/ml

Esquema de un osmómetro



Π = Ph

Donde
Π = presión osmótica = Osm R T
Osm = Osmolaridad KCl = M i
M KCl  =molaridad KCl = 0,16 molar
i = factor de Van´t Hoff = υ g
υ = número de iones = 2  (KCl se disocia en 2 iones)
g = grado de disociación = 0,8

R = constante de los gases ideales = 0,082 L atm/mol K
T = temperatura

Ph = presión hidrostática = δ g h
δ = densidad = 1,15 g/cm3
g = aceleración de la gravedad = 980 cm/s2
h = altura = 5.340 cm

Ph = 1,15 g/cm3 980 cm/s2  5.340  cm = 6.018.190 baria ( 1 atm / 1.013.080 ba) = 5,94 atm

 reemplazando y despejando T
T = Ph / ( M i R) = 5,94 atm  / ( 0,16 mol * 2 * 0,8 * 0,082 L atm /mol K)  = 283 K = 10 ºC


Biofísica UBA XXI Guía 4.19. Fisicoquímica


19. En un recipiente se encuentran 500 ml de una solución 0,25 molar de sacarosa. Calcule la masa de NaCl (g = 0,9) que deberán agregarse al recipiente para lograr una presión osmótica de 8,98 atm a una temperatura de 40°C.

Π = Osm R T (ecuación de Van´t Hoff)

Donde
Π = presión osmótica = 8,98 atm
Osm = osmolar solución = Osm sacarosa + Osm NaCl

Osm sacarosa = M sacarosa i
M sacarosa = 0,25 molar
i = factor de Van´t Hoff = υ g
υ = número de iones = 1  (no se disocia)
g = grado de disociación = 1

Osm NaCl = M NaCl i
M NaCl  = moles NaCl / V
moles NaCl = m  / Mr
m = masa NaCl
Mr  = masa molecular de NaCl = 58,5 gr / mol
V = Volumen = 500 ml = 0,5 L
i = factor de Van´t Hoff = υ g
υ = número de iones = 2  (NaCl se disocia en 2 iones)
g = grado de disociación = 0,9

R = constante de los gases ideales = 0,082 L atm/mol K
T = temperatura = 40 ºC + 273 = 313 K

Reemplazando y despejando m
m = ( Π / (R T)  -  M sacarosa * 1 ) V Mr / (υ g) =
m = (8,98 atm / (0,082 L atm/mol K 313 K) – 0,25 molar * 1) 58,5 gr/mol 0,500 L / (2*0,9) = 
m = 1,62 gr en 500 ml