Fisicca cuantica particulas, Apuntes de Física

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PARTICULAS

KOSTKA

FÍSICA 2° BACHILLERATO I

PROFESOR: JAVIER RODRIGUEZ

ÍNDICE

1. PROPIEDADES DE LA SUPERFICIE DE UN CUERPO

2. EL CUERPO NEGRO

3. LA RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO

4. REACCIONES NUCLEARES

5. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

6. ISÓTOPOS RADIACTIVOS ARTIFICIALES

7. FISIÓN Y NFUS!ÓN NUCLEAR

Incidente (^) Emitido

La misma proporción r de la energía radiante que incide desde el interior se refleja hacia dentro, y se transmite la proporción a= l-r que se propaga hacia afuera y se denomina por tanto, energía radiante emitida por la superficie.

Reflejado

Exterior Superficie Interior

En la figura, se muestra el comportámiento de la superficie de un cuerpo que refleja una pequeña parte de la energía incidente. Las anchuras de las distintas bandas corresponden a cantidades relativas de energía radiante incidente, reflejada y transmitida a través de la superficie.

Absorbido (^) Incidente

Comparando ambas figuras, vemos que un buen absorbedor de radiación es un buen emisor, y un mal absorbedor es un mal emisor. También podemos decir, que un buen reflector es un mal emisor, y un mal reflector es un buen emisor.

Una aplicación práctica está en los termos utilizados para mantener la temperatura de los líquidos c~mo el café. Un termo tiene dobles paredes de vidrio, habiéndose vaciado

de aire el espacio entre dichas paredes para evitar las pérdidas por conducción y

convección, Para reducir las pérdidas por radiación, se cubren las paredes con una

lámina de plata que es altamente reflectante y por tanto, mal emisor y mal absorbente de radiación.

-2·

El cuerpo negro

Incidente (^) Emitido

Exterior Superficie Interior

La superficie de un cuerpo negro es un caso límite, en el que toda la energía incidente desde el exterior es absorbida, y toda la energía incidente desde el interior es emitida.

Absorbido Incidente

No existe en la naturaleza un cuerpo negro, incluso el negro de humo refleja ell % de la energía incidente.

Sin embargo, un cuerpo negro se puede sustituir con gran aproximación por una cavidad con una pequeña abertura. La energía radiante incidente a través de la abertura, es absorbida por las paredes en múltiples reflexiones y solamente una mínima proporción escapa (se refleja) a través de la abertura. Podemos por tanto decir, que toda la energía incidente es absorbida.

La radiación' del cuerpo negro

Consideremos una cavidad cuyas paredes están a una cierta temperatura. Los átomos que componen las paredes están emitiendo radiación electromagnética y al mismo tiempo absorben la radiación emitida por otros átomos de las paredes. Cuando la radiación encerrada dentro de la cavidad alcanza el equilibrio con los átomos de las paredes, la cantidad de energía que emiten los átomos en la unidad de tiempo es igual a la que absorben. En consecuencia, la densidad de energía del campo electromagnético existente en la cavidad es constante.

A cada frecuencia corresponde una densidad de energía que depende solamente de la temperatura de las paredes y es independiente del material del que están hechas.

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Fig. 15.5. Energía de enlace por nucleón

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1.1.. Una muestra radiactiva contenía 10^9 núcleos radiactivos hace 40 días yen la actualidad

posee 1OS. Calcular:.

a) la constante de desintegración

b) La vida media

e) la actividad de la muestra al cabo de una semana.

[R: a) 6,66 X 10-^1 3.^1 ; b) 17,34 dias; e) 44,49 Bq ]

12. Se dispone de 6,01 x1<P átomos del isótopo 51Cr,cuyo periodo de semidesintegración es

de 27 días. ¿Cuántos átomos quedan al' cabo de seis meses?

13. ¿Qué masa de Yodo-131cuyo periodo de semidesintegración (T1I2) es de 8 días, quedará

al cabo de 20 días, si se partió de una muestra inidal que contenía 100 gr de dicho

isótopo?

14. El S3iflBf se desintegra espontáneamente por ermsion b con un periodo de

semidesintegración de 5 días. Tenemos 1;6 x10·^2 kg de dicho isótopo

a) ¿Qué cantidad quedará al cabo de 15 días?

b) ¡cuántos protones y neutrones tiene el núcleo que resulta después de la emisión?

15. ¿Cuál es el periodo de derto núcleo radiactivocuya actividad disminuye en 1/8 al cabo

de un día?

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16. Escribe e identifica los núcleos de la serie radiactiva del uranio-235 si las partículas se

emiten en el siguiente orden:

Serie del uranio-235, a, /3,. a, /3, a, a, a, /3, a, /3, a

17. Escribe las ecuadones nucleares correspondientes a las siguientes observadones, todas

ellas acompañadas de emisión de radiadón gamma.

a) El 8922.7Ac se desintegra dando 9022.7Th

b) el 1 /^1 Na es un isótopo radíectívo artifidal que emite positrones

e) Al bombardear con neutrones átomos de un isótopo se obtienen átomos de 716N

y partículas a.

Dada la siguiente reacdón de fusión

,z H+,J H ---------> 24 He + o'n

a) Calcularla energía liberada -expresada en MeV- en la formación de un núcleo de

24 He y la liberada - expresada en MJ- en la formación de 1 g de 24 He.

Datos: masas isotópicas: 24 He'= 4,00388 u; l H = 2,01474 u; / H=3,01700 u; neutrón =

1,008665 u

19. La reacción de fisión del U-235 puede ser

92 235U^ +^ o "n^ >^53 139J-^ +^ a94y +^ bO^ "n

a) Determinar el valor de a y de b

lt( Calc'u~art? :nergÍí~ liberada en la fisión de 1 kg de uranio-

Datos masas ísotópícas: 23!iU = 235,

94 Y = 93,

masa del neutrón = 1,