Erradioaktibitatea eta Efektu Fotoelektrikoa: Fenomenoak eta Azalpenak

Erradioaktibitatearen Fenomenoa

Erradioaktibitatea materialen propietate bat da, erradiazioak igortzea ahalbidetzen duena. Erradiazio horiek gorputz opakuak zeharkatzeko, airea ionizatzeko, plaka fotografikoak inpresionatzeko eta zenbait substantziaren fluoreszentzia kitzikatzeko gai dira. 1896an, Henri Becquerel fisikariak uranioaren konposatu batekin lanean ari zela aurkitu zuen erradiazioa. Marie Curie, Pierre Curie eta Rutherford-en ikerketek emisio horiek nukleotik datozela zehaztu zuten. Zenbaki atomiko altua duten atomoen nukleoak ezegonkorrak dira eta, desintegratzen direnean, energia eta partikula azpiatomikoak askatzen dituzte.

Alfa, Beta eta Gamma Erradiazioen Igorpena

Hiru erradiazio mota sailkatu ziren gorputz erradiaktiboetatik: α, β eta γ.

α Partikula

• Helio-nukleoak dira, bi protoiz eta bi neutroiz osatutakoak: ₂He⁴
• Karga: 3,2.10^-19 C
• Masa: 6,7.10^-27 kg

β Partikula

• Elektroi bizkorrak dira, nukleoko neutroien desintegraziotik datozenak, neutroi bakoitzak protoi bat eta elektroi bat emanez: _-1β⁰
• Karga: -1,6.10^-19 C
• Masa: 9,1.10^-31 kg

γ Erradiazioa

• Erradiazio elektromagnetikoak dira, X izpiek baino maiztasun (eta energia) handiagoa dutenak.
• Karga: 0
• Masa: 0

Prozesu Erradioaktiboen Abiadura. Semidesintegrazio-periodoa.

Nukleo naturalen desintegrazioan, desintegrazio-abiadura segundu bateko desintegrazio-kopurua da.

Desintegrazio-abiadura: ΔN = -λN

• N = desintegratu gabeko nukleo kopurua
• λ = konstante erradioaktiboa

Abiadura negatiboa da nukleo kopurua txikiagotzen baita denborarekin. Abiadura honen menpekoa da: nukleoaren izaera eta dagoen nukleoaren kopurua; zenbat eta nukleo gehiago, orduan eta desintegrazio azkarragoa. Nukleo erradioaktiboak denborarekin desintegratzearen legea esponentziala da, lehenengo fasean oso azkarra, baina gero eta nukleo gutxiago geratzen direnez, orduan eta motelagoa. Semidesintegrazio-periodoa (T) hasierako nukleo kopurua erdira desintegratzeko behar den denbora da.

Soddy-ren Legea

Nukleo batek α partikula bat igortzean, sortzen duen nukleo berriaren zenbaki masikoa lau unitate txikiagoa da, eta zenbaki atomikoa bi unitate txikiagoa. _ZX^A → _Z-2Y^A-4 + ₂α⁴

Fajans-en Legea

Nukleo batek β partikula bat igortzean, neutroi bat desintegratzen da, elektroi bat, protoi bat eta antineutroi bat sortuz:

₀n¹ → ₁p¹ + _-1e⁰ + ν̄

Zenbaki masikoa bera da eta zenbaki atomikoa unitate bat handiagoa: _ZX^A → _Z+1Y^A + _-1β⁰ + ν̄

Nukleo batek γ partikula bat igortzean, energia askatzen da, eta ez dago aldaketarik ez zenbaki masikoan ez zenbaki atomikoan: _ZX^A → _ZX^A + γ

Efektu Fotoelektrikoa

Hertz-ek aurkitu zuen efektu fotoelektrikoa 1887an; gainazal metaliko batzuk argiaren eraginpean jartzean elektroiak igortzen dituzte, fotoiak.

Fisika Klasikoak Azaltzen Ez Dituen Fenomenoak

1. Igorritako elektroi kopurua argiaren intentsitatearen proportzionala da.
2. Igorpena erradiazio-maiztasun minimo batekin gertatzen da, metal bakoitzaren ezaugarri propioa dena, f₀: atari-maiztasuna. Teoria klasikoaren ustez, efektu fotoelektrikoa edozein maiztasunetan gertatu beharko litzateke.
3. Erradiazioaren maiztasuna handiagoa bada, igorritako elektroien energia zinetikoa ere handiagoa da, baina hau ez da argiaren intentsitatearen menpekoa.
4. Argia piztean elektroiak igorri egiten dira, metala erasotzea eta elektroiak igortzea aldiberekoak baitira. Fisika klasikoak dio bi fenomeno hauen artean denbora-tarte bat dagoela.

Einsteinen Azalpena Teoria Kuantikoaren Bidez

Planck-en teoria oinarri hartuta, erradiazio elektromagnetiko batek igortzen duen energia kuantizaturik dagoela proposatu zuen Einstein-ek. Energia-kuantoak fotoiak dira eta energia maiztasunarekiko proportzionala da: E = hf, non h Plancken konstantea den.

Efektu Fotoelektrikoaren Azalpena Fotoiak Erabiliz

• f maiztasuneko argiaren energia hf bezala dator; argiaren intentsitatea aldatzean, fotoi kopurua aldatuko da, baina maiztasuna mantenduz, energia ere bai.
• Metaletan elektroiak daude, eta hauetatik ateratzeko, energia eman behar zaie. Erauzte-lana: W.
• Metala argiztatzean, elektroi batek f maiztasuneko fotoia eta bere energia hartuko ditu. Fotoiaren energia nahikoa bada, elektroia aterako da energia zinetiko batekin: E_z = hf - W.
• Atari-maiztasuna (f₀) efektu fotoelektrikoa gertatzeko minimoa da: W = hf₀
• Efektu fotoelektrikoa gertatzeko, fotoiaren energia minimoa erauzte-lanaren berdina izan behar da. Erradiazio-maiztasuna f₀ baino txikiagoa bada, ez da efektu fotoelektrikoa emango.
• Argiaren intentsitatea handitzean, fotoi kopurua eta korrontearen intentsitatea ere handitzen dira. Ez da, berriz, fotoien energia zinetikoa aldatzen.
• Elektroia erauzteko behar den energia fotoi bat xurgatuta lortzen denez, prozesua ziztu bizian emango da.