Principios de Física y Radiación: Del Átomo a la Resonancia Magnética

Estructura de la Materia y Energía

El Átomo y sus Partículas

Átomo: Partícula más pequeña que conforma la materia sin que se pierdan sus propiedades físicas.

Partículas Subatómicas: Protón, neutrón, electrón.

Número Atómico: Número de protones del elemento.

Número Másico: Suma de protones + neutrones (núcleo total de nucleones).

Isótopo: Mismo número atómico y diferente número de neutrones.

Corteza del Átomo: Mínimo una órbita con un electrón, y el número de protones y electrones es igual.

Ion: Elemento que ha perdido o ganado un electrón.

Energía Potencial y Cinética

Energía Potencial: Distancia del elemento respecto al núcleo. Altura máxima = energía potencial máxima y altura mínima = energía potencial mínima.

Energía Cinética: Pertenece al movimiento, aumenta con el movimiento. Arriba - energía, abajo (ya caído) + energía.

Ondas y Luz

Tipos de Ondas

Ondas: Propagación gráfica de la energía.

Dos tipos: materiales y electromagnéticas.

Encontramos: punto de equilibrio, valle, cresta, longitud y amplituda de la onda. Frecuencia: en un tiempo determinado, cuántos ciclos hace. Velocidad de propagación: calcula en metros por segundo la velocidad a la que se transporta la onda.

• Reflexión: Choca con un material diferente y cambia de dirección.
• Refracción: Cambia de dirección y velocidad al pasar por un medio con propiedades diferentes.
• Interferencia: A + B = C.
• Difracción: Rodea, pasa por una apertura u obstáculo.
• Polarización: Se transmite en direcciones variables.

La Luz y su Dualidad

Luz: Son ondas electromagnéticas, se pueden comportar como partículas y no se comportan interrumpidamente, van con fotones (unidad mínima de energía). Las partículas tienen masa y las ondas no.

Dualidad onda-corpúsculo: Una onda puede comportarse como una partícula. Radiación corpuscular: transformación de energía a través de partículas. Positrón: antipartícula del electrón.

Interacciones de Partículas y Radiación

Ley de Coulomb e Interacción con la Materia

Ley de Coulomb: Cargas del mismo valor se repelen y opuestas se atraen. F = K x Q1 x Q2 / d².

Interacción de partículas cargadas con la materia: Interactúa de forma distinta según la masa y carga que tenga.

• Con la Corteza: Excitación e ionización.
• Con el Núcleo: Radiación de frenado: la partícula se acerca al núcleo y la repele. La radiación de frenado según la partícula: + masa de la partícula - radiación que genera y a la inversa. Condición para maximizar la radiación de frenado: que la partícula sea un electrón con mucha energía y velocidad interactuando con el núcleo de un material pesado.

Radiación electromagnética: tiene masa, por tanto, tiene menor capacidad de radiación.

Radiación Corpuscular: Alfa, beta, protones y neutrones. Interacción del neutrón con el núcleo del átomo: absorción (fusión con el núcleo) y dispersión (neutrón empujado fuera).

Tipos de Radiación y Desintegración Radiactiva

Tipos de Radiación:

• Alfa: En isótopos con número másico +150. Ionizantes y baja penetración.
• Beta: Número másico variable, + capacidad de penetración y - ionizante.
• Gamma: Aparece después de otra desintegración, es radiación con mucha energía y mucha penetración.

Periodo de Semidesintegración: Tiempo que tarda un radioisótopo en perder la mitad de su actividad radiactiva. Se repite T_1/2.

Actividad de un radionucleido: Número de veces por segundo que una muestra radiactiva se desintegra. Un radioisótopo a lo largo del tiempo pierde radiactividad de manera exponencial. Fórmula: A = A₀ x e^-γt.

Ley Inversa: Una onda disminuye su intensidad según el cuadrado de la distancia respecto a su fuente de propagación.

Sonido y Ultrasonidos

Sonido y Efecto Doppler

Sonido: Propagación de ondas materiales en un medio físico, las moléculas reciben un cambio de presión/variación y nosotros lo percibimos como sonido.

Efecto Doppler: La fuente emite una onda en movimiento y el receptor percibe un cambio en la frecuencia. Ejemplo: ambulancia.

Ultrasonidos en Medicina

Ultrasonidos: Parte del fundamento de la ecografía, vibran encima de 20.000 Hz, tienen capacidad de penetrar en el cuerpo, son sensibles a la densidad y al cambio de material, la frecuencia utilizada en medicina es de 1 a 14 MHz.

Magnetismo y Resonancia Magnética

Magnetismo y Electroimanes

Magnetismo: Elementos de la naturaleza con capacidad de atracción y repulsión. Tienen dos polos, dipolos magnéticos, son imanes. Según su naturaleza: naturales y artificiales. Según la duración del magnetismo: permanentes y temporales. El campo magnético varía según el tipo de material o tamaño, puede ser estático o variable, se mide en tesla (T).

Electroimán: Imán temporal, el campo magnético desaparece cuando el generador deja de enviar energía. Dos componentes:

• Generador: convierte la energía mecánica en eléctrica.
• Solenoide: hilo de material conductor, en las espiras hay electricidad y esta, al ponerla cerca de un material magnético, aumenta su campo magnético.

Ley de Faraday y Clasificación de Materiales Magnéticos

Ley de Faraday: El magnetismo y la corriente son dos magnitudes/variables que están relacionadas directamente proporcionalmente, en tanto que si yo cambio una, la otra cambia.

Clasificación de los materiales magnéticos:

• Ferromagnético: Multiplica el magnetismo interior, al retirar el campo magnético conserva algo de magnetismo.
• Diamagnético: Repelido por los materiales, reduce su magnetismo al acercar un imán.
• Paramagnético: Imita el campo externo, al retirar el campo magnético deja de serlo.

Punto Curie: Punto en el que un material magnético pierde su propiedad magnética.

Efectos del Magnetismo en Electrones y Protones

Cómo afecta el magnetismo a los electrones y protones:

• Electrones: Produce un cambio en el movimiento y la orientación, porque el electrón tiene carga y se mueve, y se comporta como un dipolo magnético produciendo un campo magnético.
• Protones: Giran sobre sí mismos (espín), van a cambiar su eje de giro por el campo magnético.

Resonancia Magnética y Tipos de Imagen

Resonancia magnética:

1. Se aplica un campo magnético estático sobre los átomos de hidrógeno, los protones se orientan en la misma dirección.
2. Si se pone un campo variable, provoca que los núcleos oscilen y aumenten su energía como consecuencia.
3. Al retirar el campo magnético variable, los núcleos regresan a su estado anterior.
4. Al volver a su posición, liberan energía con la que se genera la imagen.
5. Para aplicar el campo variable en la resonancia magnética se utilizan ondas electromagnéticas de baja frecuencia.

Tipos de imagen:

• Anatómicas (imagen tridimensional).
• Funcionales (se ven los flujos sanguíneos, se ven por colores).

Exposición y Dosis Absorbida

Exposición y Dosis Absorbida

Exposición: Capacidad de la radiación para ionizar el aire, y se hace un balance entre la carga negativa y la carga positiva dividido entre el tiempo.

Dosis absorbida (D): Consiste en la cantidad de energía (dE) que es absorbida por unidad de masa (dm). Radiación por unidad de peso.