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FÍSICA NUCLEAR
Física - 2º bachillerato
DEFINICIÓN
¿Qué es la física nuclear?
Rama de la Física Moderna que se encarga del estudio de los fenómenos
relacionados con el núcleo de los átomos
CONCEPTOS PREVIOS
CONCEPTOS A CONOCER:-Modelo atómico
-Protones, electrones y neutrones-Nucleones
-Nº atómico y másico-Núclido-Isótopos
-Volumen, masa y densidad del núcleo
R≈1,2·10-15 A1/3
D≈2,4·1014 g/cm3
CONCEPTOS PREVIOS
¿Representación esquemática?
ESTABILIDAD DE LOS NÚCLEOS
¿Cómo es posible que cargas de
igual signo estén tan próximas y que
el núcleo sea estable?
Distancia media nucleones: 10-15m (1fermi o fentómetro,
fm)
ESTABILIDAD DE LOS NÚCLEOS
Fuerzas entre nucleones– Fuerzas electrostáticas (Ley de Coulomb)→repulsivas
– Fuerzas gravitatorias → atractivas (despreciable)
¡¡LOS PROTONES DEBERÍAN REPELERSE!!
ESTABILIDAD DE LOS NÚCLEOS
Tiene que existir una fuerza atractiva mayor que la electrostática:
INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE
- FUERZA ATRACTIVA MUY FUERTE- Solo actúa a distancias muy pequeñas
• ¿Cuánto debería pesar el núcleo del C-12?
DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA DE ENLACE
Masa protón: 1,0073u; masa neutrón: 1,0087u
Masa 6 protones = 6 ·1,0073u = 6,0438uMasa 6 neutrones=6· 1,0087u= 6,0522u
Masa total núcleo………………..12,096u
12.000u
• ¿Cuánto pesa realmente? 12u
Conclusión: suma masas nucleones > masa real núcleo
Conclusión: suma masas nucleones > masa real núcleo
DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA DE ENLACE
Se cumple para todos los núcleos atómicos y se llama defecto de masa (∆m) a la diferencia entre ambas masas
Conclusión: suma masas nucleones > masa real núcleoConclusión: suma masas nucleones > masa real núcleo
∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo∆m = Z mp + (A-Z)mn - M
∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo∆m = Z mp + (A-Z)mn - M
Defecto de masaDefecto de masa
Z = nº atómico; A = nº másico mp =masaprotón; mn =masa neutrón
M= masa real del núcleo
DEFECTO DE MASA Y ENERGÍA DE ENLACE
∆m = suma masas nucleones - masa real núcleo∆m = suma masas nucleones - masa real núcleoDefecto de masaDefecto de masa
vvEnergía equivalente al defecto de masa (Einstein)
E = ∆m · c2E = ∆m · c2
Energía de enlace o ligaduraEnergía de enlace o ligadura
Energía que se libera al formarse el núcleo al juntarse sus nucleones constituyentes (o energía que hay que aportar para separar los nucleones que forman el núcleo)
E = ∆m · c2 / nº nucleonesE = ∆m · c2 / nº nucleonesEnergía de enlace por nucleónEnergía de enlace por nucleón
↑energía por nucleón ↑estabilidad del núcleo
RADIOACTIVIDAD
• Visionad el siguiente vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=Y15JROM48yI
• Contestad a las siguientes cuestiones:
-¿Qué es la radioactividad y quién y cómo se descubrió?- Ejemplos de elementos radioactivos y tipo de radiación que emiten- Diferencias entre radiactividad natural y artificial. ¿Quién descubrió esta última?- Aplicaciones de la radiactividad
-¿Qué es la radioactividad y quién y cómo se descubrió?- Ejemplos de elementos radioactivos y tipo de radiación que emiten- Diferencias entre radiactividad natural y artificial. ¿Quién descubrió esta última?- Aplicaciones de la radiactividad
TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
Se somete la radiación emitida por una muestra natural a un campo eléctrico y a un campo magnético y se observa lo siguiente:
¿CONCLUSIONES?¿CONCLUSIONES?
TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
Se somete la radiación emitida por una muestra natural a un campo eléctrico y a un campo magnético y se observa lo siguiente:
¿Cuál será su carga? ¿Cuál pesará más?¿Cuál será su carga? ¿Cuál pesará más?
TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
RADIACIÓN ALFA: Núcleos de Helio (4
2He)RADIACIÓN ALFA: Núcleos de
Helio (42He)
Emisión de partículas positivas, pesadas y lentas
Reacciones nucleares (debe conservarse Z y A)
Cuando un átomo emite una partícula alfa se transforma en el núcleo de otro átomo diferente,
con dos neutrones y dos protones menos
TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
RADIACIÓN BETA: electrones (0-1e)RADIACIÓN BETA: electrones (0
-1e)
Emisión de partículas negativas con velocidad próxima a la de la luz
¿Cómo puede un núcleo emitir electrones?
Un neutrón se transforma en un protón, un electrón y
una partícula sin carga ni masa en reposo llamada
antineutrino
TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
RADIACIÓN BETA: electrones (0-1e)RADIACIÓN BETA: electrones (0
-1e)
Cuando un átomo emite una partícula beta se transforma en el núcleo de otro átomo diferente con un
protón más pero igual A (se gana un protón pero se pierde un neutrón)
TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
RADIACIÓN GAMMA, γ: ondas electromagnéticas de alta frecuencia
RADIACIÓN GAMMA, γ: ondas electromagnéticas de alta frecuencia
No son partículas, sino radiación que se emite cuando el núcleo excitado
vuelve a su estado fundamental. Suelen acompañar a las emisiones
alfa y beta
Cuando un átomo emite radiación gamma no cambia su composición (sigue siendo el mismo átomo, con igual A y Z)
TIPOS EMISIONES RADIACTIVAS
• Poder de penetración
DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
En una muestra radiactiva, el nº de emisiones disminuye exponencialmente con el tiempo. El número de núcleos que se desintegran será directamente proporcional al tiempo y al número de núcleos totales existentes en la muestra(N). Expresado en forma diferencial:
- dN= λNdt Siendo λ la constante de proporcionalidad , conocida como constante de desintegración (s-1)
DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
• Integrando la expresión:
Ecuación fundamental de la radiactividad
Permite calcular el nº de núcleos radiactivos que quedan sin desintegrar en cada instante
DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
Unidades:
Becquerel, Bq (SI) – 1Bq=1 desintegración/s
Curio, Ci: actividad de una muestra de 1 g de radio
1Ci = 3,7·1010 Bq
Nº de desintegraciones en la unidad de tiempo
ACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, AACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, A
DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
ACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, AACTIVIDAD O VELOCIDAD DE DESINTEGRACIÓN, A
La ecuación fundamental de la radiactividad se puede expresar en función de la actividad de la muestra
Ecuación fundamental de la radiactividad
Ao: actividad inicial de la muestra A: actividad de la muestra cuando ha transcurrido un tiempo t
DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O PERIODO DE SEMIVIDA, T1/2PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O PERIODO DE SEMIVIDA, T1/2
Se define como el tiempo necesario para el nº de núcleos radiactivos de una muestra se reduzca a la mitad, es decir, N= No/2 .Sustituyendo en la ecuación fundamental:
Simplificando y tomando logaritmos neperianos:
DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
La vida media es el tiempo promedio que tarda un núcleo en desintegrarse. Puede calcularse como la inversa de la constante de semidesintegración
Expresado en función del tiempo de semivida:
PON EN PRÁCTICA LO APRENDIDO
ACTIVIDADES pág. 303
CUESTIONES Y PROBLEMAS 3, 4, 6, 10, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22,
35, 36 – págs. 316/7
ACTIVIDADES pág. 303
CUESTIONES Y PROBLEMAS 3, 4, 6, 10, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22,
35, 36 – págs. 316/7