Fundamentos de Biología, Química y Física: Conceptos Esenciales para la Electrónica

Repaso Integral de Conceptos Fundamentales en Ciencias Básicas

Biología: Sistemas y Nutrición

Sistemas Biológicos Clave

• Sistema Digestivo: Su función principal es transformar los alimentos en nutrientes asimilables para el cuerpo.
• Sistema Circulatorio: Encargado de transportar la sangre y el oxígeno hacia todas las células del organismo.
• Sistema Renal: Su rol es formar la orina y, a través de ella, eliminar los residuos nitrogenados del cuerpo.

La Pirámide Nutricional

La pirámide nutricional representa la distribución y frecuencia recomendada de consumo de los diferentes grupos de alimentos:

1. Primer Nivel (Carbohidratos - C.H.): Proporcionan la energía necesaria. Se recomienda consumir de 6 a 11 porciones.
2. Segundo Nivel (Nutrientes y Sales Minerales): Aportan vitaminas, fibras y minerales. Previenen enfermedades, proveen energía, y son esenciales para el tránsito intestinal y el metabolismo. Consumo recomendado de 2 a 3 porciones.
3. Tercer Nivel (Proteínas): Son grandes fuentes de proteínas y aminoácidos. Consumo recomendado de 2 a 3 porciones.
4. Cuarto Nivel (Lípidos y Azúcares): Deben consumirse con moderación y en pocas porciones. Aportan pocas sustancias nutritivas y contienen altas concentraciones de grasas.

Química: Estructura Atómica y Modelos

Configuración Electrónica y Masa Atómica

• Los electrones ($\text{e}^-$) que admiten los niveles de energía 1, 2 y 3 son: 2, 8 y 18 electrones, respectivamente.
• La masa del átomo se determina sumando el número de protones ($\text{p}^+$) y neutrones ($\text{N}$).

Aportes Históricos y Partículas Subatómicas

Con respecto al número atómico ($Z$):

• Postulado de Dalton: Postulaba que la materia estaba formada por átomos, y que los átomos pertenecientes al mismo elemento son iguales en masa.
• Tubo de Rayos Catódicos (Crookes): Se observó que las partículas viajan del cátodo (negativo, $-$) al ánodo (positivo, $+$) y se desvían en presencia de un campo magnético.
• Partículas Alfa ($\alpha$): Pasan casi en su totalidad a través de la lámina de oro, excepto aquellas que se acercan al núcleo.
• Los electrones excitados emiten luz cuando retornan a un nivel de menor energía.

Modelos Atómicos Fundamentales

1. Modelo de Thomson: Los electrones ($\text{e}^-$) están incrustados en una esfera de carga positiva.
2. Modelo de Bohr: Los electrones se mueven en órbitas o niveles de energía definidos.
3. Modelo de Rutherford: El átomo posee un núcleo central y los electrones giran a su alrededor.

Transiciones Electrónicas

Cuando un electrón retorna del nivel $n=3$ al nivel $n=1$, abandona el estado excitado y se emite luz. Este proceso se denomina emisión.

Definiciones Nucleares

• Número Atómico ($Z$): Indica la cantidad de protones ($\text{p}^+$). Es único y característico para cada elemento. Generalmente se ubica en el lado inferior izquierdo del símbolo químico.
• Número Másico ($A$): Es la suma de protones ($\text{p}^+$) y neutrones ($\text{N}$). Su valor es siempre mayor que $Z$ y considera las partículas del núcleo.
• Átomo Neutro: Posee la misma cantidad de protones que de electrones ($\text{p}^+ = \text{e}^-$). Se divide conceptualmente en catión (pérdida de $\text{e}^-$) y anión (ganancia de $\text{e}^-$), formando un ion.

Los átomos se unen para alcanzar la estabilidad, cumpliendo generalmente con la Regla del Octeto.

Física: Fundamentos de la Electricidad

Carga Eléctrica

La carga eléctrica se mide en Coulomb ($\text{C}$).

• Carga Positiva: Indica un déficit de electrones.
• Carga Negativa: Indica un exceso de electrones.
• La carga elemental del electrón ($\text{e}^-$) es aproximadamente $1.6 \times 10^{-19} \text{ C}$.

Materiales Conductores y Aislantes

• Material Conductor: Permite el flujo de electricidad. Los electrones están débilmente ligados al núcleo, facilitando su remoción.
• Material Aislante: No conduce la electricidad. Carece de electrones libres, impidiendo el desplazamiento de cargas eléctricas.

Conexión a Tierra

La Tierra actúa como una fuente infinita de electrones y es un conductor. Su función es descargar todos los cuerpos cargados, devolviéndolos a un estado neutro.

¿Por qué la Tierra es un buen conductor? Es una fuente receptora y proveedora infinita de electrones.

Procesos de Electrización

Los cuerpos se cargan mediante tres métodos principales:

Contacto

Si un cuerpo neutro ($\text{N}$) toca uno positivo ($+$), el neutro queda positivo ($+\text{y}+$).

Fricción

Al frotar dos cuerpos neutros ($\text{N}\text{N}$), uno cede electrones y queda positivo, y el otro los gana y queda negativo ($+\text{y}-$).

Inducción

Un cuerpo cargado acerca un conductor neutro, polarizándolo. Si se conecta a tierra, el cuerpo inducido adquiere carga opuesta a la del inductor ($-\text{y}+$).

Conceptos de Circuito Eléctrico

• Corriente Eléctrica: Es el movimiento ordenado de electrones en un conductor.
• Corriente Continua ($ ext{CC}$): Recorre el conductor siempre en el mismo sentido.
• Corriente Alterna ($ ext{CA}$ o Incontinua): Se desplaza alternando su sentido dentro del conductor.

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

Voltaje (Tensión)

Es la energía necesaria suministrada por la fuente de poder para que cada carga se mueva a través de un conductor. Se le conoce como "tensión", "fuerza electromotriz" o "diferencia de potencial". Se simboliza por $V$ y su unidad de medida es el Volt ($[V]$).

Resistencia Eléctrica

Se simboliza con $R$ y su unidad de medida es el Ohm ($[\Omega]$).