DEPARTAMENTO DE FÍSICA

 

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Ano letivo: 2016-2017
Specification sheet

Specific details
course codecycle os studiesacademic semestercredits ECTSteaching language
16pt


Learning goals

---- 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.

Syllabus
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.

Prerequisites
Física I, Física II;
Análise Matemática I, Análise Matemática II;
Biologia Celular e Molecular.

Generic skills to reach
. Competence in oral and written communication;
. Competence in information management;
. Critical thinking;
. Quality concerns;
. Competence in applying theoretical knowledge in practice;
. Competence in analysis and synthesis;
. Knowledge of a foreign language;
. Competence to solve problems;
. Competence to communicate with people who are not experts in the field;
. Self-criticism and self-evaluation;
(by decreasing order of importance)
Teaching hours per semester
lectures45
laboratory classes30
total of teaching hours75

Assessment
Laboratory or field work15 %
Mini tests20 %
Exam65 %

Bibliography of reference
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.

Teaching method
--- 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.

Resources used
Equipamento experimental existente nos laboratórios didácticos do Departamento de Física.