En electromagnetismo , las fuentes y sumideros de corriente son formalismos de análisis que distinguen puntos, áreas o volúmenes a través de los cuales la corriente eléctrica entra o sale de un sistema. Si bien las fuentes o sumideros actuales son elementos abstractos utilizados para el análisis, generalmente tienen contrapartes físicas en aplicaciones del mundo real; por ejemplo, el ánodo o cátodo de una batería . En todos los casos, cada uno de los términos opuestos (fuente o sumidero) puede referirse al mismo objeto, según la perspectiva del observador y la convención de signos que se utilice; no existe una diferencia intrínseca entre una fuente y un sumidero.
En algunos casos, el término fuente de corriente se refiere a un límite donde la carga fluye desde lugares donde no se mide a lugares donde se mide. De manera similar, un sumidero de corriente puede referirse al límite donde la carga fluye desde lugares donde se mide a lugares donde no se mide. Por analogía con el flujo de agua, una fuente de corriente sería como un manantial de montaña : el agua fluye desde su fuente (un lugar oculto bajo tierra) hasta la superficie donde se puede observar fácilmente. Usando la misma analogía, un sumidero de corriente sería como el agua que fluye por un desagüe: el agua viaja desde donde se observa hasta donde no se observa.
A la derecha se muestra un modelo general de dos compartimentos para ayudar a ilustrar la definición de fuentes o sumideros de corriente. En este modelo de dos compartimentos, los compartimentos están separados por una barrera semiconductora (gris). Un observador, simbolizado por el ojo, puede "ver" sólo un compartimento a la vez. Las flechas rojas indican la dirección del flujo de cargas positivas, mientras que las flechas negras indican la dirección del flujo de cargas negativas. Los fondos rosa y verde están destinados a simbolizar diferentes configuraciones, la configuración 1 cuando las cargas fluyen en una dirección y la configuración 2 cuando fluyen en la dirección opuesta. La diferencia entre los paneles izquierdo y derecho es simplemente la ubicación del "ojo".
Una fuente o un sumidero se define por qué compartimento es visible para el observador.
- Una fuente es:
- Un flujo de cargas positivas desde el compartimento "invisible" al "visible" (es decir, hacia el ojo), o ...
- Un flujo de cargas negativas desde lo "visible" a lo "invisible" (lejos del ojo).
- Un fregadero es:
- Un flujo de cargas positivas "lejos del ojo", o ...
- Un flujo de cargas negativas "hacia el ojo".
En biología, la barrera esquemática de la figura podría representar una membrana celular y, como resultado, los dos compartimentos podrían representar el interior y el exterior de la célula. En general, el punto de observación estaría fuera de la celda. Por lo tanto, la celda se denominaría sumidero con respecto a cualquier flujo de cargas positivas hacia ella, y la celda actuaría como fuente de cualquier carga positiva que fluyera de ella. Tenga en cuenta que al considerar el flujo de cargas negativas, las definiciones se invierten.
Fuentes y sumideros actuales en neurobiología
Las fuentes y sumideros actuales han demostrado ser muy valiosos en el estudio de la función cerebral. Ambos tienen especial relevancia en electrofisiología . Dos ejemplos del estudio de fuentes y sumideros son la electroencefalografía ( EEG ) y el análisis de densidad de la fuente de corriente ( potenciales de campo extracelular ), pero también han mostrado mejoras en la resolución espacio-temporal del EEG. [1]
Análisis de densidad de fuente actual
El análisis de densidad de la fuente de corriente [2] (que podría llamarse con mayor precisión análisis de la densidad de la fuente de corriente y el sumidero) es la práctica de colocar un microelectrodo en las proximidades de un nervio o una célula nerviosa para detectar la corriente que proviene o se hunde en sus membranas plasmáticas. . Cuando las cargas positivas, por ejemplo, fluyen rápidamente a través de una membrana plasmática hacia el interior de una celda (sumidero), se crea una nube transitoria de negatividad en las proximidades del sumidero. Esto se debe a que el flujo de cargas positivas hacia el interior de la celda deja cargas negativas no compensadas. Un microelectrodo cercano con una resistencia sustancial en la punta (del orden de 1 MΩ) puede detectar esa negatividad porque se desarrollará una diferencia de voltaje en la punta del electrodo (entre la negatividad fuera del electrodo y el ambiente electroneutral dentro del electrodo). Dicho de otra manera, la solución interna del electrodo donará parte de la carga positiva necesaria para compensar la negatividad causada por el sumidero de corriente. Por lo tanto, el interior del electrodo se volverá negativo en relación con la tierra mientras persista la negatividad extracelular. La negatividad extracelular persistirá mientras esté presente el sumidero actual. Por lo tanto, midiendo una negatividad relativa a tierra, el electrodo informa indirectamente la presencia de un sumidero de corriente cercano. El tamaño de la negatividad registrada variará directamente con el tamaño del sumidero de corriente e inversamente con la distancia entre el electrodo y el sumidero.
La relación entre la suma de las fuentes y sumideros de corriente y el voltaje medido por la sonda del microelectrodo se puede calcular analíticamente si se supone que se cumple la suposición cuasiestática, que el medio es esféricamente simétrico, homogéneo, isotrópico e infinito, y si la fuente o sumidero actual se modela como una fuente puntual . [3] La relación viene dada por:
dónde es el potencial en el radio de la fuente o sumidero, que pasa corriente a través de un medio con conductividad .
Ver también
Referencias
- ^ Wong, ASW; Cooper, PS; Conley, AC; McKewen, M .; Fulham, WR; Michie, PT; Karayanidis, F. (2018). "Respuestas potenciales relacionadas con eventos al cambio de tareas son sensibles a la elección del filtro espacial" . Fronteras en neurociencia . 12 : 143. doi : 10.3389 / fnins.2018.00143 . PMC 5852402 . PMID 29568260 .
- ^ Nicholson, C; Freeman, JA (1975). "Teoría del análisis de densidad de fuente actual y determinación del tensor de conductividad para cerebelo anuro". Revista de neurofisiología . 38 (2): 356–68. doi : 10.1152 / jn.1975.38.2.356 . PMID 805215 .
- ^ Plonsey; Collins (1961). Principios y aplicaciones de los campos electromagnéticos .