Fisika Nuklearra

Higidura periodikoak

Higidura periodikoak: denbora tarte konstante bat pasa ondoren errepikatzen diren higidurak dira. Adibidea: higidura zirkular uniformea. Higidura bibrakor edo oszilakorra: puntu baten (oreka puntuaren) alde bietara mugitzea da. Denbora tarte berdinean higikariaren aldagai guztiak berdinak badira  periodikoa da. Adibideak: pendulua edo puntu finko batetik lotuta dagoen malguki bati lotutako masa. Higidura Harmoniko Sinplea (HHS) lerro zuzenean desplazatzen eta modu periodiko batean jatorritzat hartzen den puntu baten (oreka-puntuaren) albo bietatik ibiltzen den partikularena da.

EREMU GRABITATORIOAREN IRUDIKAPENA

EREMU GRABITATORIOAREN IRUDIKAPENA:Masa batek bere inguruan sortzen duen eremu grabitatorioaren magnitudeak bi dira: eremuaren intentsitatea, g , eta potentziala, V. Biak era grafiko batean adieraz daitezke: intentsitatea eremu lerroen bidez eta  potentziala gainazal ekipotentzialen bidez.EREMU-LERROAK:Indar lerroak noranzkoa duten lerroak dira eta eremuaren puntu bakoitzean, eremuaren intentsitate bektorearekiko ukitzaileak dira eta noranzko berekoak, eremuan masa bat kokatuz gero, horrek egingo lukeen ibilibidea adierazten dutelarik Bestalde, eremu lerroen dentsitateak (lerroekiko perpendikularki kokatutako azalera unitate bakoitza zeharkatzen duen lerro kopuruak) eremu grabitatorioaren intentsitatearen moduluarekiko proportzionala izan behar du. Horren arabera, eremu grabitatorioak intentsitate handiagoa du eremu lerroak ondo ondoan aurkitzen diren eskualdeetan. Eremu lerroak ezin dira elkarren artean ebaki. Hori gertatuz gero, puntu horretan eremuaren intentsitateak bi balio ezberdin hartuko lituzkeelako puntu berean.

Masa batek sorturiko eremu lerroak eta Bi masek sorturiko eremu-lerroak: Irudian ikusten denez, masa batek sortutako eremuaren eremu-lerroak erradialak dira. Masa bat baino gehiago daudenean, lerroak kurbatu egiten dira. GAINAZAL EKIPOTENTZIALAK: Gainazal ekipotentzialak, balio bereko potentzial grabitatorioa duten puntuek osatzen duten gainazalak dira.  Gainazal ekipotentzialak eremu-lerroekiko perpendikularrak dira edozein puntutan.  Masa bat gainazal ekipotentzial bereko puntu batetik bestera eramatean eremu grabitatorioak egiten duen lana nulua da: Gainazal ekipotentzialean VA = VB -->w^A-->Bm=(V_A-V_B)=0  Masa puntualaren kasuan, energia potentzialak balio bera du masatik distantzia berdinera dauden puntu guztietan. Ondorioz, gainazal ekipotentzialak esfera zentrokideak dira, eremua sortzen duen masa esfera guztien zentroan egonda.

Korronte alterno sinusoidalen sorgailua (alternadorea).

Alternadorea energia mekanikoa energia elektrikoa bihurtu egiten duen sorgailu mota bat da. Alternadoreak korronte alternoa sortzen du indukzio magnetikoaren bidez. Gure etxeetan erabiltzen dugun korrontea alternoa da, garraiatzeko abantailak dituelako korronte jarraiaren aldean. Alternadorearen oinarri teorikoa Faraday eta Lenz-en legea da eta eraikitzeko modu sinple bat eremu magnetiko baten barruan espira edo haril bat biraka jartzea da.Horrela, espira zeharkatzen duen fluxu magnetikoa denborarekin aldatu egiten da eta,
Faraday-ren legearen arabera, indar elektroeragile bat, ε, induzituko da espiran eta horrek kanpo zirkuitu batean elektrizitatea zirkularazten du. Espiraren biraketaren abiadura angeluarra ω izanda, hau da sortutako iee:

Espira bakarra izan beharrean N espirako harila bada: Σ= N . B . S . s i n t.Sortutako iee periodikoa da eta bere maiztasuna espiraren biraketaren maiztasun berbera da, abiadura angeluarrarekin honela erlazionatuta dagoena:ω.t.Korrontearen intentsitatea Ohm-en legeaz kalkulatzen da: I

Efektu fotoelektrikoaren deskribapena

Efektu fotoelektrikoaren deskribapena: Hertzek, 1887an, aurkitu eta deskribatu egin zuen efektu fotoelektrikoa. Efektu hori honetan datza: gainazal metaliko batzuk argiaren eraginpean jartzean (argi ikuskorra edo ultramorea) elektroiak igortzen dituzte (foto-elektroi izenekoak).Efektu fotoelektrikoa aztertuta, honako fenomeno hauek gertatzen dira, batzuk Fisika Klasikoak azaltzen ez dituenak:
1. Igorritako elektroien kopurua argiaren intentsitatearekiko proportzionala da. 2. Elektroien igorpena erradiazioaren maiztasuna minimo bat baino handiagoa denean gertatzen da soilik; maiztasun minimo hori metal bakoitzaren ezaugarri propioa da eta atari-maiztasuna deritzo, f0. Teoria klasikoaren arabera, efektu fotoelektrikoa argiaren edozein maiztasunetan gertatu beharko litzateke, argiaren intentsitatea behar bezain handia izanez gero. 3. Igorritako edo ateratako elektroien energia zinetikoa orduan eta handiagoa da zenbat eta handiago izan erradiazio erasotzailearen maiztasuna. Energia zinetikoa (ferasotzaile −f0 )-ren proportzionala da baina ez da argiaren intentsitatearen menpekoa eta azkenengo gertaera hori ezin da teoria klasikoaren bitartez azaldu. 4. Ez da itxaron behar argia piztu eta elektroiak ateratzen ikusteko. Baita argia itzali eta aldi berean elektroiak ez dira gehiago aterako: metala argiz erasotzea eta efektu fotoelektrikoa aldiberekoak dira. Teoria klasikoaren arabera, intentsitatea ahula bada, atzerapena egon beharko litzateke argiztatzearen eta efektu fotoelektrikoaren artean. Einsteinen azalpena teoria kuantikoaren bidez:1905ean, Albert Einsteinek efektu fotoelektrikoaren azalpena eskaini zuen. Planck-en teoria kuantikoa erabiliz, Einsteinek erradiazio elektromagnetiko batek igortzen duen energia kuantizaturik dagoela proposatu zuen. Energia-kuantoak fotoiak dira eta bakoitzaren energia maiztasunarekiko zuzenki proportizonala: E = hf non h Planck-en konstantea den, Fotoien bidez efektu fotoelektrikoa erraz azaltzen da: f maiztasuneko argiaren energia hf energia duten fotoien bidez dator; argiaren intentsitatea aldatzen denean fotoi kopuru aldatzen da baina fotoi bakoitzaren energia berdina izango da, argiaren maiztasuna ez badugu aldatzen. Metaletan elektroiak daude, eta nahiz eta barruan aske egon metalatik ateratzeko energia eman behar zaie, gehiago edo gutxiago metalaren arabera. Energia hori erauzte-lana da, W, eta metal bakoitzaren ezaugarria. Metala argiztatzean, elektroi batek f maiztasuneko fotoi bat xurgatuko du eta bere energia bereganatuko. Fotoiaren energia nahikoa bada elektroia aterako da eta gainera energia zinetiko batez, energia-balantze bat eginda kalkulatzen dena: Ez = hf −W

Erradioaktibitate naturalaren fenomenoa

Erradioaktibitate naturalaren fenomenoa:Erradioaktibitatea material batzuek, susbstantzia erradioaktiboek, erradiazioak igortzeko erakusten duten propietatea da. Erradiazio horiek gorputz opakuak zeharkatzeko, airea ionizatzeko, plaka fotografikoak inpresionatzeko eta zenbait substantziaren fluoreszentzia kitzikatzeko gai dira. Alfa, beta eta gamma erradiazioen igorpena:Subtantzia erradioaktiboek igorritako erradiazioak α, β, eta γ erradiazio modura sailkatu ziren beren sarkortasunaren arabera. α partikula:Helio-nukleoak dira, bi protoiz eta bi neutroiz osatutakoak:Karga: 3,2.10-19 C Masa: 6,7.10-27kgβ partikula:Elektroi bizkorrak dira, nukleoko neutroien desintegraziotik datozenak, neutroi bakoitzak protoi bat eta elektroi bat emanez:Karga:-1,6.10-19C Masa: 9,1.10-31kgγ erradiazioa:Erradiazio elektromagnetikoak dira, X izpiek baino maiztasun (eta energia) handiagoa dutenak.Karga: 0 Masa:0 Prozesu erradioaktiboen abiadura. Semidesintegrazio-periodoa.:Nukleo atomikoen desintegrazio naturalaren prozesuetan, desintegrazio-abiadura segundu bakoitzeko gertatzen diren desintegrazio-kopurua da: Desintegrazio abiadura = Aktibitatea=dN/dt=-λNnon: N= materialean desintegratu gabe dagoen nukleo-kopurua da eta λ = konstante erradioktiboa, nukleo erradioaktiboaren ezaugarria da.

Ekuazioan ikusten denez, abiadura hori negatiboa da (nukleoen kopurua txikiagotzen da denborarekin).Soddy-ren legea: Nukleoa batek α partikula bat (bi protoiz eta bi neutroiz eratutakoa) igortzen duenean, sortzen den nukleo berriaren zenbaki masikoa lau unitate txikiagoa da, eta zenbaki atomikoa bi unitate txikiagoa.

Fajans-en legea: Nukleo batek β partikula bat igortzen duenean neutroi bat desintegratzen da, elektroi bat, protoi bat eta antineutrino bat sortzen direlarik. Sortzen den nukleo berriaren zenbaki masikoa ez da aldatzen, eta zenbaki atomikoa jatorrizko nukleoarena baino unitate bat handiagoa da.

Fisio nuklearra

erreakzio nuklear bat da, non masa handiko nukleo bat neutroiez bonbardatuz, nukleo hori zatitu eta bi nukleo arin sortzen diren. Prozesu horrretan zenbait neutroi eta energi kantitate handia askatzen dira. Fisiorako gehien erabiltzen diren nukleoak uranio-235 eta plutonio-239 isotopoak dira: Fisio-erreakzioen adibide bat: (²³⁵₉₂u+¹₀n-->⁹⁰₃₈sr+¹⁴³₅₄xe+3¹₀n+Energia)(²³⁵₉₂u+¹₀n -->¹⁴¹₅₆Ba+⁹²₃₆Kr+3¹₀n+Energia) Aktibazio-energia:Fisio erreakzioan sortzen diren produktuak hasierako U-235 baino egonkorragoak dira; hala ere, berez, uranio atomoa ez da fisionatzen, aktibazio-energia bat behar du, neutroi batez bonbardantzean lortzen duena. Horrela bitarteko produktu bat eratzen da, energia handikoa eta berehala fisionatzen dena. (Goiko irudian begiratu). Erreakzioa behin hasiz gero, hainbat neutroi askatzen dira. Neutroi horietako bakoitzak beste uranio nukleo baten fisio eragiten du, eta erreakzioa azkar azeleratu egiten da, kate-erreakzioa gertatzen da. Askatzen diren neutroiak ez badira kontrolatzen prozesu ez-kontrolatua sortzen da: bonba atomikoa. Berriz, neutroiak frenatu edo xurgatzen badira, erreakzioa kontrola daiteke: erreaktore nuklearretan egiten dena.Prozesu ez-kontrolatuak:Prozesu hauetan sortutako neutroiak ez dira kontrolatzen eta erreakzioak leherketa eragiten du, energia handia, erradiazioa eta hondakin erradioaktiboak sortuz. Prozesu hori da bonba atomikoan gertatzen dena. Prozesu kontrolatua: Askatutako neutroien abiadura moteldu egiten da substantzi egokiak (moderatzaileak) tartekatuz (ura, ur pisutsua, grafitoa,.. ) Horrela erreakzioaren abiadura kontrolatzen da, eztandarik ez da gertatzen eta askatutako energia aprobetxa daiteke. Hori da zentral nuklearretan egiten dena. Masa-galera eta energia: Fisio erreakzioetan askatzen den energia erreakzio hauetan gertatzen den masa galeraren ondorioa da. Hasierako substantzien masa eta amaierako substantzien masa neurtzen baditugu, produktuen masa erreaktiboena baino txikiagoa dela ikusiko dugu: (mA + mB )> (mC + mD ) masa-galera = ∆m = (mA + mB )- (mC + mD ) Galtzen den masa hori energia bihurtzen da eta Einsteinen ekuazioaren bitartez kalkulatzen da:

E = ∆m.c2

Fusio nuklearra prozesu atomiko bat da, non bi nukleo arin biltzen diren gehiago pisatzen duen beste nukleo bat osatzeko. Prozesu honekin energia kopuru handia igortzen da. Fusio-erreakzioen adibidea:₁²H+₁³H-->₂⁴He+₀¹n+Energia Aktibatze-energia: Fusio erreakzioan nukleoak hurbildu egin behar dira eta beraien arteko aldarapen elektrostatikoak gainditzeko energia handia behar da, aktibatze-energia izenekoa. Erreakzioa gertatzen denean izugarrizko energia askatzen da eta horrek mantendu egiten du erreakzioa. Izan ere, erreakzioaren jarraipena kontrolatuz gero, energia-iturri bezala aprobetxatu ahal izango litzateke fusio- prozesua. Erreakzioa kontrolatu ezean, eztanda gertatzen da eta hidrogeno-bonba bat izango genuke. Prozesu ez-kontrolatuak: Fusio nuklearra izarren barruan (erreakzio termonuklear izenekoetan) gertatzen da, eta horien sorkuntza eta distira energetikoa ematen dizkie. Adibidez, eguzkian, fusioa gertatzen da, hidrogenozko atomoen isotopoak elkartuz helioa lortzen da, eta horrek energia asko askatzen du. Hau eguzkiaren nukleoan 15 milioi gradutan gertatzen da, presio handia dagoelako, baina Lurrean egin nahiko bagenu, 150 milioi gradu inguru behar izango genituzke. Lurrean, bonba atomikoetan (hidrogeno-lehergailuan) erabili da. Erreakzioa hasteko oso tenperatura altua behar da, horregatik, behar den energia lortzeko, lehenengoz, fisio-erreakzio bat egiten da. Prozesu kontrolatua: Energia iturri hori elektrizitatea sortzeko prozesua oraindik fase esperimentalean dago. Fusio-erreakzioak energia-iturri bezala erabiltzeko badaude zailtasunak: materia plasma egoeran eta oso tenperatura altuan (150 milioi gradutan) egon behar da nukleoak hurbiltzeko fusioa gerta dadin. Beraz, energiaren aldetik, prozesua ez da errentagarria. Egindako esperimentuetan plasma berotu eta gero eremu magnetikoak erabili dira hidrogeno nukleoak konfinatzeko. ITER izeneko proiektuan fusioaren bideragarritasunaikertuko dute. Etorkizuneko energi iturritzat hartua izan da, hondar erradiaktibo arriskutsurik sortzen ez duelako, eta itsas uretako deuterioa (hidrogeno-2) bezain ekonomikoak diren erregaietatik har daitekeelako. Masa-galera eta energia:Fusio erreakzioetan askatzen den energia erreakzio hauetan gertatzen den masa galeraren ondorioa da. Hasierako substantzien masa eta amaierako substantzien masa neurtzen baditugu, produktuen masa erreaktiboena baino txikiagoa dela ikusiko dugu.(mA + mB )> (mC + mD ) masa-galera = ∆m = (mA + mB )- (mC + mD ).Galtzen den masa hori energia bihurtzen da eta Einsteinen ekuazioaren bitartez kalkulatzen da:

E = ∆m.c2