Física del Siglo XX
Física de Partículas
2. Estabilidad nuclear. Energía de enlace nuclear.
Energéticamente: Los sistemas físicos evolucionan espontáneamente perdiendo energía.
Al formar un núcleo se pierde masa (Δm) que implica una liberación de energía de enlace.
Es decir, cuando dos o más nucleones se fusionan entre sí para formar un núcleo la masa total decrece y se desprende energía. Inversamente, para dividir un núcleo en sus partes debe añadirse energía al sistema que se invierte en incrementar la masa en reposo.
Defecto de masa(Δm):
Einstein relaciona masa y energía:
Dentro de un núcleo hay repulsión electrostática (Coulomb) pero los núcleos son estables.
Existe una Fuerza Nuclear Fuerte que da estabilidad al núcleo:
-Muy Intensa
-Poco alcance (nuclear)
-Entre nucleones (Neutrones y Protones)
8. Los radioisótopos y sus aplicaciones.
7. Fusión nuclear.
Se da de forma natural en las estrellas.
(Procesos termonucleares).
La fusión consiste en la unión de dos núcleos ligeros en uno más pesado, obteniéndose del orden de 4 veces más energía que en la fisión.
6. Fisión nuclear. Reacciones nucleares.
La fisión nuclear es el proceso mediante el cual un núcleo se escinde en dos o más fragmentos. Básicamente, al bombardear con neutrones un núcleo pesado, éste se podría dividir en dos núcleos más ligeros.
5. Reacciones nucleares. Aspecto energético.
Si la masa total de las partículas incidentes es menor que la de las partículas resultantes, debe aportarse energía para que la reacción se verifique y se dice que la reacción es endotérmica. El valor Q de la reacción endotérmica es negativo.
Cuando en una reacción nuclear se libera energía se dice que la reacción es exotérmica: la masa de las partículas incidentes es mayor que la de las partículas resultantes y el valor Q es positivo.
La cantidad de energía liberada o absorbida en una reacción se denomina valor Q de la reacción. Este valor Q es igual al producto de c2 por la diferencia de masas.
1. El núcleo atómico. Características.
Radio Núcleo:
r0 = 1.25 x 10-15 m
Densidad de un núcleo es muy grande, un núcleo no es lo mismo que un átomo (hay vacío en orbitales).
Masa del núcleo:
Unidad de masa atómica (u)
1 u = 1.660 5402(10)×10-27kg
Núcleo (elemento químico) compuesto por Nucleones:
Protones (q+)- NºProtones(Nº Atómico)= Z
Neutrones (q=0) - NºNeutrones = N
Z+N=A (Número másico).
Isótopos (Misma Z pero diferente N).
3. La radiactividad natural. Tipos de emisión.
Se produce porque los núcleos se excitan y liberan energía o partículas de forma espontánea para ser más estables.
En toda reacción nuclear ajustada, la suma de los números másicos de los reactantes ha de ser igual al correspondiente valor de los productos, y lo mismo pasa con los números atómicos.
Leyes de Soddy-Fajans
Cuando un núcleo radiactivo emite un electrón beta, se transforma en otro cuyo número atómico es una unidad mayor y cuya masa es prácticamente igual, liberando un electrón y un neutrino en el proceso:
Desintegración β+
23 12Mg → 23 11Na + e+
Desintegración β–
14 6C → 14 7N + e–
Cuando un núcleo radiactivo excitado emite radiación gamma, se desexcita energéticamente, pero no sufre transmutación alguna:
Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula alfa, se transforma en otro cuyo número atómico es dos unidades menor y cuya masa es aproximadamente cuatro unidades menor.
4. Leyes de la desintegración radiactiva.
Tiempo de vida media
Periodo de semidesintegración se define como el tiempo necesario para que el número de núcleos y la velocidad de desintegración se reduzcan a la mitad (esto es, N = N0 / 2):
El número de desintegraciones radiactivas por segundo se denomina actividad o velocidad de desintegración:
Sea N el número de núcleos radiactivos en un cierto instante t. Si la desintegración de un núcleo individual es un suceso aleatorio, es lógico que el número de núcleos que se desintegran en un cierto intervalo dt sea proporcional a N y a dt. A causa de estas desintegraciones, el número N disminuirá. La variación de N viene dada por:
Núcleos radiactivos. Es decir, se desintegran en otros núcleos por emisión de partículas, tales como fotones, electrones, neutrones o partículas alfa.
La velocidad de desintegración no es constante con el tiempo, sino que disminuye exponencialmente.
Esta dependencia exponencial con el tiempo es característica de todo proceso radiactivo e indica que la desintegración radiactiva es un proceso estadístico.
Cuántica
5. Física Cuántica. Función de onda.
4. Principio de Incertidumbre de Heisenberg.
No es posible determinar a la vez el valor exacto de la posición y de la cantidad de movimiento de una partícula.
Siendo la relación de la Incertidumbre:
3. Dualidad Onda-Partícula. Hipótesis De Broglie.
Principio De Broglie: toda partícula material que se mueva lleva asociada una onda cuya longitud viene dada por la expresión:
2. Antecedentes de la Física Cuántica.
2.3 Los espectros atómicos. Explicación de Bohr.
Modelo Atómico de Bohr (explica espectros atómicos):
1. Átomos estructuras formadas por un núcleo donde se encuentran partículas positivas (protones). Y mayor parte de la masa del átomo. Y una corteza donde están los electrones.
2.Los electrones se mueven por órbitas definidas
3. Los electrones pueden absorber o emitir energía en forma de radiación electromagnética (fotones) que les lleva de una órbita a otra.
La energía de los fotones absorbidos es igual a la diferencia de energía entre órbitas.
Diferencia energía entre órbitas
Espectros Atómicos:
Análisis de radiaciones emitidas por átomos de un elemento constituye el espectro de emisión.
Para un mismo elemento químico, el espectro de emisión es completamente distinto al de absorción.
Física Clásica: Espectro Continuo
Nueva Física: Espectro Discreto
2.2 El efecto fotoeléctrico. Teoría de Einstein.
Ley de Einstein:
Leyes Empíricas:
a) No se detecta paso de corriente para cualquier tipo de luz; para un metal dado, la frecuencia de la luz debe sobrepasar un límite, llamado frecuencia umbral.
b) La fotocorriente depende de la tensión o voltaje aplicado V, de tal modo que si V crece la intensidad alcanza un límite constante o corriente de saturación, is.
c) Si V se hace negativo, la fotocorriente disminuye rápidamente y llega a anularse para V = - V0, tensión llamada potencial de corte. Si se repite el experimento con intensidades luminosas diferentes se comprueba que cuanto mayores son éstas mayor es la fotocorriente, pero en todos los casos ésta se anula para el potencial de corte.
d) La intensidad de saturación de la fotocorriente, is, es proporcional a la intensidad I de la luz incidente en la fotocélula.
e) La energía de los electrones arrancados al metal depende de la frecuencia de la luz incidente y de la propia naturaleza del metal.
f) Cuando el efecto se produce, lo hace instantáneamente, incluso para bajas intensidades luminosas.
Fenómeno mediante el cual la luz, al incidir sobre un metal, le arranca electrones.
Se le llama trabajo de extracción a la energía mínima que deben tener los fotones de la radiación para provocar efecto fotoeléctrico.
2.1 Radiación del Cuerpo Negro
Interpretación Planck:
La energía no se transfiere en forma continua, sino mediante cantidades discretas o cuantos de energía, que son proporcionales a la frecuencia de la radiación.
Física Clásica
Ley de desplazamiento de Wien:
Ley de Stefan-Boltzman:
Modelo físico que mejor absorbe todas las radiaciones y también es el mejor emisor.
1.Introducción.
Finales S. XIX, Física Clásica:
*La mecánica de Newton
*La electrodinámica de Maxwell
*La termodinámica de Clausius y Boltzmann
Nos sirve para entender el mundo a escala atómica.
Pasamos al probabilismo.
El estado de un sistema queda descrito por una función onda.
Relatividad
