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Bioelectricidade e Biomagnetismo
EB 2011 . 2012 - 2º semestre
Especificação técnica - ficha curricular Elementos especificos
Objectivos formativos
---- Aprofundamento dos conhecimentos numa área fundamental para a compreensão dos fenómenos de bioelectricidade e biomagnetismo. ---- Capacidade para procurar e utilizar bibliografia, organizando um conjunto consistente de informações relativas à área referida. ---- Capacidade para resolver problemas, incluindo o desenvolvimento de competências matemáticas adequadas a esse fim. ---- Capacidade para implementar e interpretar experiências simples relacionadas com o conteúdo da disciplina. ---- Contribuição para o aumento da cultura geral científica, motivador para o estudo de outras áreas em que o electromagnetismo tem aplicações importantes. Programa genérico mínimo
1. Bioelectricidade
1.1. Propriedades eléctricas das células: introdução. 1.2. Campo eléctrico e potencial eléctrico 1.2.1. Equações locais do campo electrostático. Condições de fronteira para o campo e para o potencial eléctrico. 1.2.2. Capacidade de sistemas de condutores. 1.2.3. Equações de Poisson e de Laplace para o potencial eléctrico. 1.2.4. Meios dieléctricos. Campo deslocamento eléctrico. Caracterização dos dieléctricos. Condições de fronteira na presença de dieléctricos. 1.2.5. Energia armazenada no campo eléctrico. 1.2.6. Corrente eléctrica e densidade de corrente. Equação de continuidade. Lei de Ohm. Condutividade de um meio. 1.3. Distribuição de carga numa célula em repouso. A equação de electrodifusão de Nernst-Planck. O potencial de repouso da membrana. 1.4. Transmissão passiva de sinais eléctricos numa célula nervosa. O modelo de cabo. 1.5. Resposta eléctrica não-linear numa célula excitável: modelo de Hodgkin e Huxley para o potencial de acção. Potencial de acção nos nervos, músculo liso e músculo cardíaco. 1.6. Medição de potenciais extra-celulares: as técnicas de electrocardiografia, electromiografia e electroencefalografia. 1.7. Efeitos fisiológicos de uma corrente eléctrica exterior. Estimulação eléctrica. 2. Biomagnetismo 2.1. O campo de indução magnética. 2.1.1. Lei de Ampère: aplicações. Fluxo magnético: lei de Gauss para o campo magnético. Equações locais e condições de fronteira para o campo magnético. 2.1.2. Potencial vector. 2.1.3. Indutância própria e indutância mútua. 2.1.4. Força de Lorentz. Exemplos de aplicações. 2.1.5. Caracterização dos materiais magnéticos. Campos magnéticos na matéria. 2.1.6. Energia armazenada no campo magnético. 2.2. Campos magnéticos associados à actividade eléctrica do coração, cérebro e fibras nervosas. O magnetocardiograma. O magnetoencefalograma. 2.3. Medidas de susceptibilidade magnética em sistemas fisiológicos. 3. Radiação electromagnética 3.1. Leis de Faraday e de Lenz. Campo eléctrico induzido. 3.2. Equações de Maxwell no vazio. Equações de onda para os campos eléctrico e magnético. Unificação do electromagnetismo com a óptica. 3.3. Produção e detecção de ondas electromagnéticas. Vector de Poynting. Energia e momento linear de uma onda electromagnética. 3.4. Radiação electromagnética não ionizante: efeitos biológicos e níveis de segurança. 4. Circuitos eléctricos: regimes transitórios em diversos tipos de circuitos; circuitos oscilatórios; análise de circuitos com fontes de tensão alternada. Pré-requisitos
Física I, Física II;
Análise Matemática I, Análise Matemática II; Biologia Celular e Molecular. Competências genéricas a atingir
. Competência em comunicação oral e escrita;. Competência em gestão da informação; . Competência em raciocínio crítico; . Preocupação com a qualidade; . Competência em aplicar na prática os conhecimentos teóricos; . Competência em análise e síntese; . Conhecimento de uma língua estrangeira; . Competência para resolver problemas; . Competência para comunicar com pessoas que não são especialistas na área; . Competência em autocrítica e auto-avaliação; (por ordem decrescente de importância) Horas lectivas semestrais
Método de avaliação
Bibliografia de referência
Campo Electromagnético, L. Brito, M. Fiolhais e C. Providência, Ed. McGraw-Hill de Portugal, 1999.
Electromagnetic Fields, R. K. Wangsness, 2nd ed., John Wiley & Sons, N.Y., 1979. Intermediate Physics for Medicine and Biology, R. K. Hobbie, 3rd ed., Springer-Verlag, N.Y., 1997. Introduction to Electrodynamics, D. J. Griffiths, 3rd ed., Prentice Hall International, Inc., 1999. Physics With Illustrative Examples From Medicine and Biology Electricity and Magnetism, G. B. Benedek e F. M. H. Villars, 2nd ed., Springer-Verlag, N. Y. Inc., 2000. Método de ensino
--- Aulas de apresentação dos conceitos fundamentais, com o enquadramento adequado a esta disciplina.
--- Aulas de discussão /resolução de problemas onde se procure ligar os conceitos abordados a situações práticas, ordens de grandeza, estimativas sobre as grandezas físicas específicas do âmbito da bioelectricidade e do biomagnetismo. --- Apoio ao trabalho individual dos estudantes no sentido de estes desenvolverem trabalho de recolha de informação teórica e experimental, análise e sistematização dessa informação. Recursos específicos utilizados
Equipamento experimental existente nos laboratórios didácticos do Departamento de Física.
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