Fundamentos de Física Cuántica y Radiactividad: Efecto Fotoeléctrico, Dualidad Onda-Partícula y Desintegración Nuclear

Física Cuántica

• EFECTO FOTOELECTRICO = ef

- La emisión de elctrones por parte de un metal en el que incide un fotón (energía). 

• TEORÍA DE EINSTEIN: 

- La luz está formada por fotones (cuantos de luz). 

- La cantidad de energía del fotón que incide depende de su velocidad. 

- La energía de cada fotón es absorbida completamente por los electrones. 

- La energía mínima para que haya "ef" se llama "trabajo de extracción". 

- Si          , HAY ef, Se arrancan electrones, y son emitidos. 

- Si          , HAY ef. y se arrancan electrones. 

- Si          , NO hay ef.

- La energia sobrante que se emite se transforma en energía cinética.

• BALANCE DE ENERGÍA: 

- La "energía del fotón" es igual a el "trabajo de extracción"+"Ec" del fotón. 

• POTENCIAL DE FRENADO: 

- El potencial del campo eléctrico necesario para frenar un fotoelectrón. 

- La energía cinética de un electrón debe ser igual a la energía potencial de un campo eléctrico. 

• HIPÓTESIS DE DEBROGLIE: 

- Dualidad ONDA-PARTÍCULA

- Cuando dos ondas se encuentran, interfieren. 

- Cuando dos partículas se encuentran, colisionan. 

- DeBroglie dice que cuando un electrón se mueve con una velocidad determinada, a pesar de ser una partícula, puede actuar como una onda donde: 

• • Representación de un elemento

    • ZAE

      • E: símbolo del elemento

      • A: número másico A= nºp++nº n

      • Z: número atómico Z= nºp+

      • p+: protones

      • e+: positrones (electrón con carga positiva)

      • e-: electrones

      • n: neutrones

    • Isótopo: átomos diferentes de un mismo elemento. Tienen la Z igual pero distinta A. Mismo número de protones pero no de neutrones.

• Uma: unidad de masa atómica. 1 uma 1/12 masa del carbono=1/(6,023*1023)

• Radiactividad natural (Leyes de Soddy)

  • Transformación de un núcleo en otro con la emisión de radiación (partículas o energía)

  • Radiación alfa  Núcleos de helio (24He). Tiene carga positiva

  • Radiación beta Electrones o positrones. Si son electrones tiene carga negativa, si son positrones tiene carga positiva

  • Radiación gamma ondas electromagnéticas, es decir, energía (No tiene carga)

  • Para detectar el tipo se usan campos eléctricos

• Leyes de Soddy

  • Emisión : De un núcleo radioactivo se separa un núcleo de helio

ZAEZ-2A-4E+24He

• Emisión : Un neutrón se transforma en protón y emite un electrón a gran velocidad

 ZAEZ+1AE + e-

• Nota: Está emisión también se puede ver de la siguiente forma: un protón se transforma en neutrón y emite un positrón a gran velocidad

ZAEZ-1AE + e+

• Emisión : Un núcleo con exceso de energía (excitado) emite radiación (energía)

• ZAE*ZAE+ (onda electromagnética)

• Serie radiactiva.

• Velocidad de desintegración radioactiva

  • Desintegración radiactiva: proceso espontáneo que se desarrolla completamente al azar. Las leyes de desintegración son estadísticas.

  • Leyes de desintegración

    • En función del número de átomos N=N0*e-t

      • N: número de átomos final

      • N0: número de átomos inicial

      • t: tiempo

      • : constante radiactiva (depende del material)

    • En función de la masa m=m0*e-t

    • En función de la actividad A=A0e-t A=N*

A Se mide en Becquerelios (Bq)

• Periodo de semidesintegración

  • Es el tiempo que tiene que pasar para que se desintegre la mitad de la muestra

  • T1/2=ln 2

Ejemplo resto de animal con 30% de 614He ¿En que año murió? T1/2=5568 años

=ln 2T1/2=0,000125 años-1

m=m0*e-t 30=100*e-t t=ln 0,3-0,000125=9671,42 años

2024-9671,42=-7647,42. Murió en 7647 a.C.

• Defecto de masa

  • m=(Zmp++(A-Z)mn)-m donde

  • m: defecto de masa (diferencia entre la masa de los nucleones y la masa del núcleo)

  • mp+: masa del protón

  • mn: masa del neutrón

  • m: masa del núcleo

• Energía necesaria para romper un núcleo en sus nucleones

  • E=mc2

  • Si m>. La masa de los nucleones por separado es mayor que la masa del núcleo. El exceso de masa se convierte en energía. Se desprende energía (proceso exotérmico).

  • Si m<. la masa de los nucleones por separado es menor que del n se necesita energ endot>

• Energía de enlace por nucleón

  • En=E/A siendo A=nºp++nºn Dividir energía total entre número de nucleones

  • Si es pequeña, los nucleones están muy separados y el núcleo no es estable

  • Si es grande, los nucleones están muy unidos y el núcleo es estable

• Principio de incertidumbre

x*ph/4

x= incertidumbre a la posición

p= incertidumbre a la cantidad de movimiento (velocidad)

No se puede determinar a la vez la posición de una partícula (x) y su velocidad (p=mv)

• Nota: Si x es pequeña, sabemos la posición, por lo tanto, p es grande, no sabemos la velocidad y viceversa

Fórmula equivalente: E*th/4. No se puede determinar la energía de la partícula y el instante (t) en que tiene esa energía