Conceptos Clave de Física Moderna: Desde el Efecto Fotoeléctrico hasta la Fusión Nuclear
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1. Efecto Fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por una superficie metálica cuando incide sobre ella luz de una frecuencia suficientemente elevada. Recuerda que al aumentar la intensidad de la luz incidente no aumenta la energía cinética con que son emitidos los fotoelectrones, sino el número que se emiten. Sí que influye la frecuencia, la longitud de onda o la energía de cada fotón en la energía cinética.
Potencial de frenado: En el efecto fotoeléctrico, es el potencial al que hay que someter a los electrones de carga para detenerlos.
2. Hipótesis de Broglie
La hipótesis de Broglie extiende el doble comportamiento de la luz, como onda y como corpúsculo, a toda la materia, especialmente los electrones. Así, todo corpúsculo material tiene una onda asociada cuya longitud viene dada por: λ=h/p=h/mv
3. Espectros Atómicos
Los espectros atómicos se obtienen al introducir vapores de un elemento químico en un tubo de descarga a baja presión y someterlos a una descarga eléctrica. Son espectros discontinuos característicos de cada momento. Cada raya del espectro corresponde a un salto de energía entre niveles al que le corresponde una frecuencia determinada que viene dada por: ΔE=h·f =>f=ΔE/h
4. Ley de Desintegración Exponencial Radiactiva
La ley de desintegración exponencial radiactiva establece que el número de núcleos de una muestra radiactiva disminuye de forma exponencial con el tiempo: N=N0e-λt
5. Período de Semidesintegración
El período de semidesintegración es el tiempo que tarda una muestra radiactiva de N0 núcleos en reducirse a la mitad: T1/2=ln2/λ
6. Vida Media
La vida media es el tiempo promedio de vida de los núcleos presentes: τ=1/λ=T1/2/ln2
7. Actividad de una Muestra o Velocidad de Desintegración
La actividad de una muestra o velocidad de desintegración es el número de desintegraciones que se producen por unidad de tiempo: A=λ·N
8. Datación Arqueológica con Carbono-14
Para datar arqueológicamente un resto orgánico se utiliza el método del carbono-14.
9. Energía de Enlace, E
La energía de enlace, E, es la cantidad de energía desprendida al formarse un núcleo a partir de sus nucleones. La energía de enlace va ligada al defecto de masa: E=Δm·c2
10. Energía de Enlace por Nucleón
La energía de enlace por nucleón representa el promedio de energía desprendida por cada partícula que compone el núcleo.
11. Reacciones Nucleares
Las reacciones nucleares son procesos en los que intervienen directamente los núcleos atómicos transformándose en otros distintos.
En toda reacción nuclear, la suma de los números atómicos y la suma de los números másicos se mantienen constantes.
Energía de la reacción nuclear: Es la energía que se absorbe o se desprende en una reacción nuclear.
12. Fisión Nuclear
La fisión nuclear es la reacción en la que un núcleo pesado se divide en otros más ligeros, al ser bombardeados con neutrones. En el proceso se libera gran cantidad de energía y varios neutrones.
Reacción en cadena: Se produce cuando los neutrones liberados por la fisión de un núcleo fisionan otros núcleos.
- Controlada: Se da en las centrales nucleares.
- Incontrolada: Se produce en las bombas atómicas.
Ventajas de las reacciones de fisión: Produce gran cantidad de energía.
Desventajas de las reacciones de fisión: Riesgo de contaminación radiactiva.
13. Fusión Nuclear
La fusión nuclear es la reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para formar otro más pesado. En el proceso se libera gran cantidad de energía.
- Controlada: No se ha dado de forma rentable debido a dificultades técnicas.
- Incontrolada: Se produce en las bombas atómicas de hidrógeno.
Ventajas de las reacciones de fusión: Los residuos radiactivos son mínimos.
Desventajas: No se ha conseguido obtener de forma controlada.
Tipos de Radiaciones
- Radiaciones α: 42He, son núcleos de helio (carga +2). Tienen escaso poder penetrante. Son muy ionizantes.
- Radiaciones β: 0-1e, son electrones (carga -1) a gran velocidad. Tienen mayor poder penetrante que las α. Son mucho menos ionizantes que las α.
- Radiaciones γ: Son radiaciones electromagnéticas (fotones) de mayor energía que los rayos X. Tienen un gran poder penetrante, más que las α y las β. Son poco ionizantes.