Problema Semidesintegración Nuclear (Resuelto)

16. En un proceso de desintegración un núcleo radiactivo emite una partícula alfa. La constante de desintegración del proceso es de 2.10^-10s^{-1. a) Explica cómo cambian las características del núcleo inicial y escribe la ley que expresa el número de núcleos sin transformar en función del tiempo.  b) Si inicialmente había tres moles de ésta sustancia radiactiva ¿cuántas partículas alfa se han emitido al cabo de 925 años?¿cuántos moles de helio se han formado después de ese tiempo?.}

a)   El número de masa ha disminuido en 4 unidades y el número atómico en 2.  La ley que recoge el proceso es la de la desintegración radiactiva     N  =  N₀.e^-λ.t

b) 3 moles = 3 moles. 6,023.10²³ partículas /mol  =  18,07.10²³  =  N₀

t = 925años.12meses/año.30dias/mes.24horas/dia.60min/hora.60seg/min  =  2,88.10¹⁰

N  =  18,07.10²³. e^{-2.10-10. 2,88.1010}  = 5,7.10²¹

N₀ – N  =  18,07.10²³  -  5,7.10²¹  =  1,8.10²⁴

1,8.10²⁴part/6,023.10²³  part/mol   = 2,979 moles

ECUACIONES DE UNA ONDA CGA

Onda estacionaria CGA

Onda estacionaria

Onda estacionaria en una cuerda. Los puntos rojos representan los nodos de la onda.

Las ondas estacionarias son aquellas ondas en las cuales, ciertos puntos de la onda llamados nodos, permanecen inmóviles.

Una onda estacionaria se forma por lainterferencia de dos ondas de la misma naturaleza con igual amplitud, longitud de onda (o frecuencia) que avanzan en sentido opuesto a través de un medio.

Se producen cuando interfieren dos movimientos ondulatorios con la misma frecuencia, amplitud pero con diferente sentido, a lo largo de una línea con una diferencia de fase de media longitud de onda.

Las ondas estacionarias permanecen confinadas en un espacio (cuerda, tubo con aire, membrana, etc.). La amplitud de la oscilación para cada punto depende de su posición, la frecuencia es la misma para todos y coincide con la de las ondas que interfieren. Tiene puntos que no vibran (nodos), que permanecen inmóviles, estacionarios, mientras que otros (vientres o antinodos) lo hacen con una amplitud de vibración máxima, igual al doble de la de las ondas que interfieren, y con una energía máxima. El nombre de onda estacionaria proviene de la aparente inmovilidad de los nodos. La distancia que separa dos nodos o dos antinodos consecutivos es media longitud de onda.

Se puede considerar que las ondas estacionarias no son ondas de propagación sino los distintos modos de vibración de la cuerda, el tubo con aire, la membrana, etc. Para una cuerda, tubo, membrana, ... determinados, sólo hay ciertas frecuencias a las que se producen ondas estacionarias que se llaman frecuencias de resonancia. La más baja se denomina frecuencia fundamental, y las demás son múltiplos enteros de ella (doble, triple, ...).

Una onda estacionaria se puede formar por la suma de una onda y su onda reflejada sobre un mismo eje.(x o y)

IMAGEN ONDA ESTACIONARIA CGA

tabla de nuclidos CGA

definicion de radiacitvidad CGA

Radiactividad

La radiactividad o radioactividad¹ es un fenómeno físico por el cual los núcleos de algunos elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros elementos más estables.

La radiactividad ioniza el medio que atraviesa. Una excepción lo constituye el neutrón, que posee carga neutra (igual carga positiva como negativa), pero ioniza la materia en forma indirecta. En las desintegraciones radiactivas se tienen varios tipos de radiación: alfa, beta, gamma y neutrones.

La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", es decir, que se mantienen en unestado excitado en sus capas electrónicas o nucleares, con lo que, para alcanzar su estado fundamental, deben perder energía. Lo hacen en emisiones electromagnéticas o en emisiones de partículas con una determinada energía cinética. Esto se produce variando la energía de sus electrones (emitiendo rayos X) o de sus nucleones (rayo gamma) o variando el isótopo (al emitir desde el núcleo electrones, positrones,neutrones, protones o partículas más pesadas), y en varios pasos sucesivos, con lo que un isótopo pesado puede terminar convirtiéndose en uno mucho más ligero, como el uranio que, con el transcurrir de los siglos, acaba convirtiéndose en plomo.

La radiactividad se aprovecha para la obtención de energía nuclear, se usa en medicina (radioterapia yradiodiagnóstico) y en aplicaciones industriales (medidas de espesores y densidades, entre otras).

La radiactividad puede ser:

• Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.
• Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

elementos radiactivos CGA

ELEMENTOS RADIACTIVOS
 

Propiedad que tienen ciertos cuerpos como el radio, polonio, uranio, etc. de emitir espontáneamente partículas o rayos por desintegración del núcleo atómico. El fenómeno fue descubierto en 1896 por el francés Antoine Henri Becquerel, que lo observó en el uranio contenido en una sustancia llamada sulfato uranilopotásico.

El nombre se lo dio Marie Curie quién con su esposo Pierre prosiguió las investigaciones de Becquerel y descubrió nuevos elementos radiactivos el torio, el polonio, y el radio. Rutherford descubrió que la radiación de los cuerpos radiactivos es de tres clases, alfa, beta y gama. Las partículas alfa son núcleos de Helio con carga positiva, de velocidad relativamente baja y menor poder de penetración que las otras radiaciones; un campo magnético las desvía ligeramente.

Las partículas beta son electrones con carga negativa, más veloces que las alfa, y frecuentemente desviadas por un campo magnético. Los rayos gama son los de más alta penetración, energía y velocidad (está es casi igual a la de la luz), no se desvían en un campo magnético; y son los más peligrosos para el hombre. En la radiactividad natural o espontánea, el elemento sufre una pérdida progresiva de masa que se convierte en una cantidad equivalente de energía, queda un núcleo de menor peso que es un elemento distinto (transmutación).

Así, por ejemplo el radio ( Ra 226 ) se convierte en radón ( Rn 222) y luego en diversos isótopos de Po, Bi y Pb, cada vez menos pesados, hasta llegar a la forma final del plomo estable, Pb 206. No hay ninguna manera de controlar este proceso, que no depende de temperatura, presión ni otras condiciones análogas y cuya velocidad se mide por el período de semidesintegración de cada elemento. Una sustancia puede hacerse artificialmente radiactiva bombardeándola con partículas en un acelerados. En la radiactividad artificial son posibles muchos tipos de reacción. La captura ó expulsión nuclear de electrones, protones, deuterones y partículas alfa producen diversas transmutaciones. La radiactividad se mide por el número de desintegración que se produce cada segundo, sus unidades el curio, equivalente a 37,000,000 de desintegración por segundo.

Por medio del efecto fotoeléctrico se comprueba que es posible transportar energía a los electrones mediante fotones luminosos, ¿es posible el proceso inverso?, es decir ¿es posible transformar la energía cinética de un electrón en movimiento en un fotón? . Aparentemente este proceso es imposible, sin embargo, se lleva a cabo, cuando electrones rápidos, acelerados se hacen incidir sobre la materia; entonces se observa la producción de una radiación altamente penetrante cuyo movimiento es lento, no se desvía en campos eléctricos, magnético, es capaz de atravesar materias opacas y de impresionar una placa fotográfica.

Esta radiación fue descubierta por W. Roentgen en 1895, comprobándose que la materia no es impenetrable, sino que solamente lo era a la luz visible.

tabla periodica CGA

problemas de fisica 2 bachillerato CGA

a) Explica la teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico y el concepto de fotón.

b) Razona por qué la teoría ondulatoria de la luz no permite explicar el efecto fotoeléctrico.

Al iluminar potasio con luz amarilla de sodio de  se liberan electrones con una energía cinética máxima de  y al iluminarlo con luz ultravioleta de una lámpara de mercurio de , la energía cinética máxima de los electrones emitidos es .

a) Explique el fenómeno descrito en términos energéticos y determine el valor de la constante de Planck.

b) Calcule el valor del trabajo de extracción del potasio.

    

Los televisores antiguos tenían un tubo de rayos X y estaban sometidos a diferencias de tensión muy elevadas (varios miles de voltios). Calcule la longitud de onda mínima del haz emitido por un tubo que trabaja a 5000 V.

Datos:  ;  ; 

   

Siguiendo el modelo atómico de Bohr, calcule la relación de energías resultantes de pasar del nivel n = 2 al n = 1 frente al salto del nivel n = 3 al n = 2.

Datos:  ;  ; 

Un electrón se mueve con una velocidad de 5 030 km/s. Si la indeterminación en el conocimiento de su velocidad es del , ¿cuál es la indeterminación en la posición del electrón?

Dato: 

fisica cuantica CGA

El físico Stephen Hawking, a pesar de su incapacidad, postrado en una silla de ruedas y comunicándose a través de un sistema electrónico, es uno de los mayores conocedores de la Cuántica…

Teoría Cuántica La física cuántica, también conocida como mecánica ondulatoria, es la rama de la física que estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de ésta son tan pequeñas, en torno a 1.000 átomos, que empiezan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula, o su energía, o conocer simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula (descrito según el principio de incertidumbre de Heisenberg). Surgió a lo largo de la primera mitad del siglo XX en respuesta a los problemas que no podían ser resueltos por medio de la física clásica.

Los dos pilares de esta teoría son: • Las partículas intercambian energía en múltiplos enteros de una cantidad mínima posible, denominado quantum (cuanto) de energía. • La posición de las partículas viene definida por una función que describe la probabilidad de que dicha partícula se halle en tal posición en ese instante Ratificación Experimental El hecho de que la energía se intercambie de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales, inexplicables con las herramientas de la mecánica clásica, como los siguientes:

Según la Física Clásica, la energía radiada por un cuerpo negro, objeto que absorbe toda la energía que incide sobre él, era infinita, lo que era un desastre. Esto lo resolvió Max Plank mediante la cuantización de la energía, es decir, el cuerpo negro tomaba valores discretos de energía cuyos paquetes mínimos denominó “quantum”. Este cálculo era, además, consistente con la ley de Wien (que es un resultado de la termodinámica, y por ello independiente de los detalles del modelo empleado). Según esta última ley, todo cuerpo negro irradia con una longitud de onda (energía) que depende de su temperatura. La dualidad onda corpúsculo, también llamada onda partícula, resolvió una aparente paradoja, demostrando que la luz y la materia pueden, a la vez, poseer propiedades de partícula y propiedades ondulatorias. Actualmente se considera que la dualidad onda - partícula es un "concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa".

El tamaño medio de un átomo es de una diez millonésima de milímetro, es decir, un millón de átomos situados en fila constituirían el grosor de un cabello humano …

Aplicaciones de la Teoría Cuántica El marco de aplicación de la Teoría Cuántica se limita, casi exclusivamente, a los niveles atómico, subatómico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero también lo es en otros ámbitos, como la electrónica (en el diseño de transistores, microprocesadores y todo tipo de componentes electrónicos), en la física de nuevos materiales, (semiconductores y superconductores), en la física de altas energías, en el diseño de instrumentación médica (láseres, tomógrafos, etc.), en la criptografía y la computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano. Un nuevo concepto de información, basado en la naturaleza cuántica de las partículas elementales, abre posibilidades inéditas al procesamiento de datos. La nueva unidad de información es el qubit (quantum bit), que representa la superposición de 1 y 0, una cualidad imposible en el universo clásico que impulsa una criptografía indescifrable, detectando, a su vez, sin esfuerzo, la presencia de terceros que intentaran adentrarse en el sistema de transmisión. La otra gran aplicación de este nuevo tipo de información se concreta en la posibilidad de construir un ordenador cuántico, que necesita de una tecnología más avanzada que la criptografía, en la que ya se trabaja, por lo que su desarrollo se prevé para un futuro más lejano.

La teleportación de hombres, aunque en un futuro lejano, es una de las aplicaciones más atractivas de la mecánica cuántica…

En la medicina, la teoría cuántica es utilizada en campos tan diversos como la cirugía láser, o la exploración radiológica. En el primero, son utilizados los sistemas láser, que aprovechan la cuantificanción energética de los orbitales nucleares para producir luz monocromática, entre otras característcias. En el segundo, la resonancia magnética nuclear permite visualizar la forma de de algunos tejidos al ser dirigidos los electrones de algunas sustancias corporales hacia la fuente del campo magnético en la que se ha introducido al paciente. Otra de las aplicaciones de la mecánica cuántica es la que tiene que ver con su propiedad inherente de la probabilidad. La Teoría Cuántica nos habla de la probabilidad de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, no de cuándo ocurrirá ciertamente el suceso en cuestión.

Cualquier suceso, por muy irreal que parezca, posee una probabilidad de que suceda, como el hecho de que al lanzar una pelota contra una pared ésta pueda traspasarla. Aunque la probabilidad de que esto sucediese sería infinitamente pequeña, podría ocurrir perfectamente.
La teleportación de los estados cuánticos (qubits) es una de las aplicaciones más innovadoras de la probabilidad cuántica, si bien parecen existir limitaciones importantes a lo que se puede conseguir en principio con dichas técnicas. En 2001, un equipo suizo logró teleportar un fotón una distancia de 2 km, posteriormente, uno austriaco logró hacerlo con un rayo de luz (conjunto de fotones) a una distancia de 600 m., y lo último ha sido teleportar un átomo, que ya posee masa, a 5 micras de distancia...

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Física moderna

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La física moderna comienza a principios del siglo XX, cuando el alemán Max Planck, investiga sobre el “cuanto” de energía, Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que éstas no eran continuas como lo decía la física clásica, por ello nace esta nueva rama de la física que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. Se conoce, generalmente, por estudiar los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores.
Los temas anteriormente tratados de la física clásica no servía para resolver los problemas presentados, ya que estos se basan en certezas y la física moderna en probabilidades, lo que provocó dificultades para adaptarse a las nuevas ideas.
En 1905, Albert Einstein, publicó una serie de trabajos que revolucionaron la física, principalmente representados por “La dualidad onda-partícula de la luz” y “La teoría de la relatividad” entre otros. Estos y los avances científicos como el descubrimiento de la existencia de otras galaxias, la superconductividad, el estudio del núcleo del átomo, y otros, permitieron lograr que años más tarde surgieran avances tecnológicos, como la invención del televisor, los rayos x, el radar, fibra óptica, el computador, etc.
La misión final de la física actual es comprender la relación que existe entre las fuerzas que rigen la naturaleza, la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Comprender y lograr una teoría de unificación, para así poder entender el universo y sus partículas.
Se divide en:

• La mecánica cuántica
• La teoría de la relatividad

Casi todo lo planteado en el siglo XIX fue puesto en duda y al final fue remplazado durante el siglo XX, y de esta misma forma puede ocurrir actualmente, a medida que se produzcan resultados como en las nuevas investigaciones, y se materialicen los nuevos conocimientos que se irán adquiriendo durante este nuevo siglo.

Características de una Onda

Todos los tipos de ondas tienen las mismas características, ya sean transversales o
longitudinales. Las características más importantes son:
1. Amplitud de onda. (A)
En una onda transversal, corresponde a la distancia máxima que se puede separar una
partícula del medio que oscila, medida en forma perpendicular a la línea que representa la
posición de equilibrio del medio. Se mide en unidades de longitud, preferentemente el
metro (m).
Importante: La amplitud de una onda representa la energía que transporta una onda. La
energía y la amplitud, en este caso, son cantidades directamente proporcionales.
2. Monte o cresta (C) y valle (V).
El monte o cresta, es el punto que está más alejado de la posición de equilibrio del medio
donde se propaga una onda. Suele representarse con esa nominación al punto que se
dibuja en la parte de arriba de la onda.
El valle también es el punto más alejado de la posición de equilibrio de una onda, pero en
el lado opuesto al lugar donde se ubican los montes o crestas.
En una onda longitudinal el monte o cresta recibe el nombre de zona de compresión y el
valle se denomina rarefracción.
3. Longitud de onda. (λ)
Corresponde a la distancia, en línea recta, entre dos puntos de una onda que tienen la
misma posición relativa. Esto ocurre, por ejemplo, entre dos crestas sucesivas, o también
entre dos valles sucesivos. Se mide en unidades de longitud, preferentemente el metro
(m).
En una onda longitudinal, la longitud de onda corresponde a la distancia, en línea recta,
entre dos zonas de compresión consecutivas o dos zonas de rarefracción consecutivas.

4. Periodo. (T)
Corresponde al tiempo que tarda un punto, del medio donde se propaga la onda, en
completar una oscilación. Se mide en unidades de tiempo, preferentemente el segundo
(s).
También corresponde al tiempo que tarda una onda en propagarse una distancia
equivalente a una longitud de onda.
λ
T
5. Frecuencia. (f)
La frecuencia corresponde a la cantidad de oscilaciones que ocurren en una unidad de
tiempo. Si la unidad de tiempo es el segundo (s), la frecuencia se mide en Hertz, que se
abrevia Hz.
Entre periodo y frecuencia hay una relación matemática, y es:
T
1
f =
De la relación se entiende que

1Hz = 1/s
La frecuencia y el periodo, son magnitudes inversamente proporcionales.
6. Velocidad de propagación. (v)
Representa la distancia que recorre una onda en cada unidad de tiempo, se determina
con la relación:

v = λ/T
Y, como

f = 1/T
 , la velocidad también se puede determinar con la relación:
v = fλ
Y, si se conoce la distancia, d, que se propaga una onda y el tiempo, t, que tarda en
hacerlo, también se puede determinar la velocidad de propagación de ella con la relación:

v=d/t