Radiación Térmica y Física Nuclear: Conceptos Clave
Radiación térmica: de un cuerpo a la E E.M. que emite debido a su T. Cualquier cuerpo, cuando se calienta, irradia E. Cuerpo negro: aquel que es capaz de absorber todas las radiaciones que llegan a él y, por tanto, de emitir todas las longitudes de onda. Radiancia espectral: los cuerpos calientes emiten radiación térmica en todo el espectro electromagnético, sobre todo en la zona del infrarrojo. Si se mide la radiancia de un cuerpo para todo el espectro de frecuencias, se obtiene la radiancia espectral del cuerpo.
Ley de Wien: la longitud de onda, para la cual la I emitida es máxima, disminuye al aumentar la temperatura. Cw = lambda máx x T; Ley de Stefan-Boltzmann: la E total emitida por un cuerpo negro es directamente proporcional a la cuarta potencia de su T. I total = sigma x T^4.
Hipótesis de Planck: la E que emite un oscilador, que está cuantizada, es proporcional a su frecuencia. La suma de las E de todos los osciladores da su curva de radiancia.
E = hc/lambda. 1,6×10^-19 J = 1 eV. N = pt/hf (E); P = J/s (W)
Efecto fotoeléctrico: consiste en la emisión de electrones por un material cuando se lo ilumina con radiación E.M. Se produce efecto fotoeléctrico cuando un fotón choca con un electrón y le da la E suficiente para arrancar el electrón. Potencial de frenado: representa la diferencia de potencia necesaria para evitar el efecto fotoeléctrico, es decir, frenar los electrones más rápido de su máxima Ec (Ec = eVo). Incremento Ec = e (V2 – V1); Teoría de Einstein: toda la E de un fotón se transmite a un electrón del metal, y cuando este salta de la superficie metálica posee Ec cinética, cumpliéndose: hf = We + Ec (fo cuando Ec = 0); hf > We para que se produzca E.F. R = 1,097 x 10^7
Modelo atómico de Bohr: modelo tipo plano. Los electrones giran en torno al núcleo. 1) El electrón solo puede tener ciertos estados de movimiento, con E fija y determinada. 2) Las órbitas circulares deben cumplir que el momento angular sea múltiplo entero de h/2pi. 3) El electrón pasa de una órbita a otra absorbiendo-emitiendo E. Espectros: de emisión (se recoge radiación emitida) o de absorción (se irradia y analiza parte no absorbida).
Hipótesis de De Broglie: “cada partícula en movimiento lleva asociada una onda”. Lambda = h/mv = h/p (partícula: e = mc^2; onda E = hf); Principio de incertidumbre: no se pueden medir simultáneamente, con absoluta precisión, dos variables físicas conjugadas; es decir, no se puede determinar a la vez y de modo preciso la posición y cantidad de movimiento de una partícula.
Incremento _x (x) incremento _p >= h/4pi
FÍSICA NUCLEAR:
Composición nuclear: núcleo compuesto de nucleones (neutrones 1,008665 y protones 1,007825 u). Z: número atómico (protones); A: número másico Z + neutrones. Núclidos: especies atómicas caracterizadas por A, Z, y un estado de energía nuclear (siempre que la vida media de este estado sea observable). Isótopos: mismo Z, distinto A. Protio, deuterio y tritio. Unidad de masa atómica: doceava parte de la masa de C-12. 1 u = 1,66 x 10^-27; 1 u = 931 eV; M = 10^6
Interacción nuclear fuerte: fuerza que solo se manifiesta en el interior del núcleo, y hace que este sea estable. Es intensa, atractiva y de corto alcance (para superar fuerzas eléctricas repulsivas). Defecto de masa: es la diferencia de masa entre la suma de las masas de los nucleones que constituyen un núcleo, considerados aisladamente, y la masa de este núcleo. DM = Zmp + (A – Z)mn – M; Energía de enlace: energía que se libera al formarse un núcleo a partir de los nucleones. Coincide con la necesaria para separar los nucleones de un núcleo. Energía media de enlace por nucleón: se obtiene dividiendo la E de enlace entre el número de nucleones. A mayor E, núcleo más estable.
Radiactividad: es la emisión de radiación por un núcleo para conseguir una situación más estable. Becquerel 1896. Puede ser natural (creado por naturaleza) o artificial (creados por el hombre, bombardeando núcleos que no eran radiactivos con partículas aceleradas). Alpha: núcleos de 4,2He, con carga y poco poder de penetración. Beta: electrones 0,-1e, con carga y poder de penetración. Gamma: E E.M. sin carga ni masa. Enorme poder de penetración.
Leyes de los desplazamientos radiactivos (Soddy y Fajans): 1) cuando en una transformación se emite partícula alpha, se obtiene un núcleo cuyo Z es 2 unidades menor y A es 4 unidades mayor. 2) cuando se emite partícula beta, se obtiene un núcleo con Z una unidad mayor y A no varía. 3) cuando un núcleo está excitado y vuelve a estado fundamental, emite radiación gamma, pero no cambia su composición.
Constante de desintegración: probabilidad de que un núcleo se desintegre. Actividad: número de desintegraciones que se producen por unidad de tiempo. Periodo semidesintegración (semivida): tiempo que transcurre para que el número de núcleos presentes se reduzca a la mitad. Vida media (promedio de vida): tiempo (medio) que tardará un núcleo en desintegrarse.
Reacciones nucleares: reacciones en las que intervienen núcleos atómicos. Se conservan A y Z. Fisión: pesado en ligeros. Núcleos más estables, porque tienen mayor E de enlace por nucleón y se libera E. No producen gases de efecto invernadero ni residuos de larga duración. Fusión: inverso. Núcleo más estable y se libera E. Combustible (deut y trit) “ilimitado” aunque no está desarrollado. Costoso y consume mucha E.