⏲ Física del siglo XX ♻
Transición de la Física Clásica a la Física Moderna
Hubieron una serie de hechos experimentales que se quedaron sin explicación por parte de la F. Clásica (radiación térmica, efecto fotoeléctrico y el espectro atómico) que forzaron un cambio de paradijma (F. Moderna)
Radioactividad
Naturaleza de la radioactividad
La desintegración radiactiva
Rayos beta; son electrones.
Rayos gamma; es un tipo de radiación electromagnética, de mayor energía que los rayos X.
Rayos alfa; iones de He 2+.
Leyes del desplazamiento radioactivo;
Cuando un núcleo X emite una partícula beta;
X → Y + β ((Z → Z +1))
Cuando un núcleo X emite radiación gamma;
X* → X + γ
Cuando un núcleo X emite una partícula alfa;
X → Y + α ((A → A-4; Z → Z-2))
Ley de la desintegración radiactiva; ΔN = - λ·N·Δt ((En este caso, λ es una constante, la cte de desintegración)).
Vida media; τ = 1/λ
Actividad o velocidad de desintegración; dN/dt = λ · N
Período de semidesintegración o semivida;
No/2 = No · e^(-λ t1/2)
El núcleo de los átomos
Fuerzas nucleares y energía de enlace
Las reacciones nucleares
La energía de enlace
La barrera de Coulomb
Propiedades de las fuerzas nucleares
Fisión nuclear
Fusión nuclear
La problemática de los residuos radiactivos
Los modelos nucleares
Las centrales nucleares producen residuos radioactivos, que son altamente perjudiciales para el medioambiente.
Los residuos radiactivos pueden clasificarse por su estado físico (sólido, líquido o gaseoso); por el tipo de radiación que emiten (α, β o γ); por su período de semidesintegración (vida corta o larga); o por su actividad específica (alta, media o baja).
Debido a que tardarían cientos y cientos de años en desaparecer (debido a su actividad), se encapsulan (en hormigón, y si son líquidos, antes por vitrificación). Las centrales usan los "cementerios radioactivos" para guardar los desechos encapsulados.
Modelo nuclear de la gota líquida
Modelo nuclear de capas
· Son de atracción y más intensas que las electromagnéticas.
· Tienen muy corto alcance.
· Cada nucleón está ligado solamente a un número determinado de otros nucleones, y no a todos los existentes en el núcleo.
· Hipótesis de Planck; la luz está cuantizada.
E = h · ξ
Efecto fotoeléctrico; en un circuito en el que incide un haz de luz sobre el cátodo se desprenden electrones que van al ánodo, lo cual depende de la naturaleza del metal y la frecuencia del haz.
· Potencial de frenado; es el mínimo potencial que consigue invertir la polaridad de las placas para que los electrones no se muevan del cátodo.
· Interpretación de Einstein; E incidente = Wext + Ec (electrón)
-> En función de la frecuencia; h · ξ = h · ξo + 1/2 · me · ve^2
-> En función del potencial de frenado; h · ξ = h · ξo + q(e) · Vfren
Los comienzos de la Física Cuántica
· Hipótesis de DeBroglie; todas las partículas presentan la dualidad onda-corpúsculo. Todas las partículas llevan asociada una longitud de onda.
λ = h / (m · c) = h / p
· Principio de incertidumbre de Heisenberg; no se puede localizar una partícula ni velocidad al 100%. (Ya que el error que se comete es ≥ h / 2π)
Δx · Δp ≥ h / 2π
· Ecuación de onda de Schrödinger; EΨ = HΨ
Ψ -> Función de onda que describe el electrón.
Ψ^2 -> Orbital
Es la energía que mantiene un núcleo unido. Gracias a la fórmula de Einstein (E = m · c^2), podemos explicar la diferencia que hay entre la masa teórica y la medida en la práctica (ya que la diferencia de masa equivale a la energía de enlace. Deducimos que; Δm = Zmp + (A-Z)mn - Mexp.
Suponemos que cada partícula sólo interacciona con las más próximas. Como en un líquido, las particulas se mueven de forma aleatoria.
Cada nucleón interacciona con el campo de fuerzas creado por el resto de nucleones. De aquí, gracias a la mecánica cuántica, comprobamos que existen unos números mágicos (2, 8, 20...), que equivalen a los núcleos más estables.
El núcleo se divide en 2 o más fragmentos de fisión (es conveniente usar el modelo de gota líquida). Esto tiene relación con la radioactividad (al usarse la fisión, habrán nucleones que salgan despedidos a velocidades muy altas, que provocarán una reacción en cadena en otros núcleos con los que colisionen).
Dos núcleos (generalmente) se unen para formar uno sólo.
Es una barrera de potencial que frenará otras partículas que posean una energía cinética menor. Esto se da por la cantidad de protones en el núcleo.