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MECÁNICA CUÁNTICA – PLANCK
EFECTO FOTOELÉCTRICO – EINSTEIN
DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA – DE BROGLIE
RELATIVIDAD GENERAL – EINSTEIN
POSTULADOS GENERALES
CONTRACCIÓN DEL TIEMPO
FÍSICA NUCLEAR
EL NÚCLEO
DEFECTO DE MASA Y ESTABILIDAD ENERGÉTICA
RADIACTIVIDAD
EMISIONES RADIACTIVAS
LEY DE DESINTEGRACIÓN
REACCIONES NUCLEARES:FISIÓN Y FUSIÓN
Año 1900 - Planck
La emisión de radiación por parte de la materia
no se produce de manera continua, sino de manera discontinua
en cantidades discretas, que llamó cuantos de energía(fo tones),
proporcionales a la frecuencia de la radiación.
E  hf siendo h - constante Planck 6,624x10 -34 Js
f - frecuencia de la radiación
E  nhf - múltiplos enteros de un cuanto de energía
El efecto Fotoeléctrico - Einstein
Emisión de electrones desde la superficie de un metal al ser iluminada
Nota: Se puede hablar
indistintamente de
frecuencia o longitud de
onda, ya que ambas se
relacionan con la
velocidad de propagación.
En el caso de la luz=c
-
c=f
1ev =1,6x10-19J
E  hf
WL  hf 0
f0
se invierte
- Trabajo(En ergía umbral) de extracción del electrón
- frecuencia umbral - Caracterís tica de cada metal
M ínima para poder extraer un electrón
y lo que sobra en comunicarl e Ecinética
Ec  E - WL  hf - hf 0  h(f  f 0 )
Ec  12 mv 2
-
Esta energía cinética depende únicamente de la frecuencia
de la luz emitida y no de su intensidad
Si aumentamos la intensidad lo único que conseguimo s es
arrancar un mayor número de electrones , pero darles
mayor energía cinética.
1ev =1,6x10-19J
Se puede calcular dicha energía cinética, fijando la diferencia de potencial
Ec  qdV Esta diferencia de potencial se denomina potencial de frenado
-
T=qdV
G
Potencial de frenado : Es el necesario para evitar el salto de electrones entre placas.
Ajustando el potencial de frenado de frenado podemos calcular la
energía cinética de los electrones emitidos
-
T=qdV
G
Teoría motivada por la naturaleza ya demostrada dual de la luz
Toda partícula tiene un comportamiento dual
Como onda
Como partícula
Parte de la idea de que la luz tiene esta doble naturaleza y la extiende
cualquier otra partícula de masa " m" a la que asocia una longitud de onda
h
h


mv p
si " m" es relativame nte grande 
  0 (naturaleza solamente corpuscular)
Es una ecuación que relaciona una magnitud ondulatoria con otra lineal
E  hf
Postulados :
1. Todas las leyes físicas se cumplen en cualquier sistema de referencia inercial
2. La velocidad de la luz en el vacío toma el mismo valor
en todos los sistemas de referencia inerciales
da igual la velocidad con la que se esté moviendo dicho sistema
EL TIEMPO SE CONTRAE
H
PARA EL OBSERVADOR DE DENTRO DEL SISTEMA :
2h
t
c
EL TIEMPO SE CONTRAE
h
d=vt
PARA EL OBSERVADOR DE FUERA DEL SISTEM A :
vt
2s  2 h 
2
2s  ct
2

vt

2
ct  2 h 
2


EL TIEMPO SE CONTRAE
h
DESPEJANDO EL TIEM PO
2

 vt  
2
2
(ct)  4 h    
 2  

t 2 (c 2  v 2 )  4 h 2
2h
2h
t

2
2
c v
v2
c 1 2
c
EL TIEMPO SE CONTRAE
h
t2 
2h
c2  v2

2h
v2
c 1 2
c

t1
v2
1 2
c
vc
t 2  t1
El tiempo es mayor para el observador situado fuera
Transcurre más deprisa para el observador situado fuera
Relación relativista entre masa y energía :
E  m  c 2
Relaciona las dos magnitudes hasta ese momento considerad as independientes,
es decir, la masa es una forma de energía.
Cualquier variación pequeña de masa supone una gran varia ción energética
y viceversa
Ambas relaciones mediante la velocidad de la luz  c
m
Ejemplo : m  1gr  E  10 -3 Kg  (3  10 8 ) 2  9  1013 J
s
Para masas muy pequeñas, se utiliza la unidad de masa atómica, equivalent e :
1
10 3
1u.m.a 
( gr ) 
( Kg )
NA
NA
1ev =1,6x10-19J
EL NUCLEO:
oRUTHERFORD – 1911- LANZANDO ALFA, OBSERVO
DESVIACIONES GRANDES EN ALGUNAS DE ELLAS
oZONA CENTRAL QUE CONCENTRA TODA LA MASA
DEL ÁTOMO
oDE CARGA POSITIVA
oCONSTITUIDO POR NUCLEONES: PROTONES Y
NEUTRONES
Z  Número Atómico : Número de protones
A  Número M ásico :Número de nucleones( Protones  Neutrones)
A
Z
X
Estabilida d de los núcleos :
Existencia de una fuerza nuclear fuerte
La más intensa que se conoce : superior a la de repulsión eléctrica
Actractiva : M antiene los protones y neutrones unidos
De corto alcance, solamente actúa a nivel nuclear
Energética mente :
El núcleo está constituido por nucleones
La suma de la masas de todos los nucleones es mayor que la masa del núcleo
Existe un defecto de masa en la formación del núcleo :
Defecto de masa  m  m nucleones  m núcleo
m  (Z  m protón  (A - Z)  m neutrón )  m núcleo
1ev =1,6x10-19J
Es estable porque :
La energía del núcleo es menor que la energía de los nucleones por separado
Tiende a poseer menor energía
Energía que se libera en la formación del núcleo :
E  mc 2
Esta energía sería la neceasaria para disgregar un núcleo, es decir,
es la energía de enlace nuclear.
Dividiendo por el número másico :
E
 En
A(número de nucleones que lo constituyen)
Energía de enlace por nucleón
1ev =1,6x10-19J
LOS NÚCLEOS A PARTIR DE UN CIERTO TAMAÑO
(NÚMERO DE PROTONES Y NEUTRONES)
COMIENZAN A SER INESTABLES PORQUE LAS
FUERZAS DE REPULSIÓN ELÉCTRICAS SON MUY
INTENSAS
PARA INTENTAR ESTABILIZARSE:
PRODUCEN EMISIONES DE PARTÍCULAS –
ESTAS EMISIONES ES LO QUE LLAMAMOS
RADIACTIVIDAD
TRES TIPOS DE EMISIONES:
RADIACIÓN ALFA
RADIACIÓN BETA
RADIACIÓN GAMMA
RADIACIÓN ALFA:
Son núcleos de Helio 24He
Se comprobó que la relación carga/masa se vio que era la misma
que la de los iones de He 2 (sin electrones )
Bajo poder de penetración
Baja velocidad de emisión 16000 Km/s
M ecanismo :
A
Z
X
A 4
Z 2

X 
4
2
He
RADIACIÓN BETA:
Son electrones que se producen por desintegra ción de un neutrón
Carga negativa
M ayorpoder de penetración
M ayor velocidad de emisión 260.000 Km/s
M ecanismo :
A
Z
X

A
Z 1
X
 10 e
RADIACIÓN GAMMA:
Es una radiación electromag nética
No poseen carga eléctrica
M áximo poder de penetración
Velocidad de la luz - onda electromag nética
M ecanismo :
A
Z
X

A
Z
X

Sin cambio pero con emisión energética
NOTA:
CARGA- se mide al hacerlas atravesar un campo
magnético y observar la desviación sufrida
Ley de desintegra ción radiactiva :
La actividad de una sustancia radiactiva disminuye exponencia lmente
con el tiempo.
N 0  Número de núcleos iniciales 

N0
T  Periodo de semidesint egración
 La mitad de ellos

2
T  Tiempo que transcurre hasta que se han reducido a la mitad
La ley de desintegración radiactiva (1) :
t
N  N 2 T
donde t es el tiempo transcurrido
0
Expresión más común para la Ley de desintegra ción radiactiva :
Partiendo de la anterior :
N  N0  2

t
T
 N
Ln 
 N0

t
  - Ln2
T

 N
Ln 
 N0

    t

tomamos logaritmo Neperiano a ambos lados
Ln2
   Constante radiactiva
T
Ley de Desintegración Radiactiva (2) :
N  N  e t
donde t es el tiempo transcurrido
0
Ponerla en función del tiempo de vida medio  
Ley de Desintegración Radiactiva :
N  N  e t
0
1
T
Tiempo de vida medio    
 Ln2
Ley de Desintegración Radiactiva (3) :
t

N  N e 
donde t es el tiempo transcurrido
0
REACCIONES NUCLEARES:
FISIÓN NUCLEAR:
oNeutrón  lanzado contra un núcleo (Uranio-235)
oEl núcleo absorbe el neutrón  Se excita  Se
deforma  Se fragmenta en dos núcleos  Emite
nuevos neutrones al fragmentarse(reacción en cadena)
oEsta reacción es la que es difícil de controlar(centrales)
oEn este proceso se libera gran cantidad de energía por
núcleo fisionado
oSe debe a que la masa del núcleo original (Uranio) es
mayor que la suma de las masas de los núcleos
formados.
oEste defecto de masa  Energía E=mc2
REACCIONES NUCLEARES(II):
FUSIÓN NUCLEAR:
oNúcleos pequeños se unen para formar otros mayores
o2 Núcleos de Hidrógeno se unen para formar núcleos
de Helio( partículas alfa).
oEn este proceso se libera gran cantidad de energía por
núcleo formado
oSe debe a que la masa de los reactivos es mayor que la
la masa de los productos.
oEste defecto de masa  Energía E=mc2