En este tema se trata la física del núcleo atómico, básicamente lo que nos interesa es el fenómeno de la radiactividad que consiste en la emisión de partículas y energía por parte de núcleos inestables
. Podéis leer en la pagina 306 los tipos de núcleos que existen, también llamados núclidos.
De ahí pasamos a la pagina 309 donde nos habla de la radiactividad natural y los tres tipos de emisiones mas habituales, lo podéis leer aunque esto me imagino que lo habréis visto en cursos pasados.
Emisiones radiactivas
Y de ahí pasamos a lo primero mas interesante del tema que son las leyes de desplazamiento radiactivo. Con estas leyes podemos saber que partículas salen despedidas de un núcleo y en que núcleo diferente se va a convertir. Nos encontramos tres casos que son:
1. la emisión de una partícula alpha o lo que es lo mismo un núcleo de Helio en la cual el el núcleo que la emite pierde 2 protones y 2 neutrones con lo cual su numero atómico baja en 2 unidades y su numero másico en 4
2. la emisión de una partícula beta, es decir de un electrón , con lo cual el numero atómico aumenta en una unidad y el másico se queda igual
3. la emisión gamma en la cual solo se emite energía en forma de fotones y el núcleo queda igual pero con menos energía. En el libro aparece un asterisco a lado del símbolo X del elemento que lo que indica es que ese núcleo esta en un estado excitado de mayor energía.
Especial atención requiere la emisión beta, porque como es posible que de un núcleo donde no hay electrones salga uno. Esto es porque en esta emisión un neutrón se transforma en un protón, un electrón y una partícula sin masa llamada antineutrino, que es la partícula contraria del neutrino, otra partícula sin pasa detectada experimentalmente en 1957
Por otro lado en algunos núclidos se produce la desintegración beta positiva en la cual se emite una partícula idéntica al electrón pero con carga positiva llamada positrón
Familias Radiactivas
Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula se transforma en otro diferente y este a su vez puede dar lugar a una emisión y transformarse en otro diferente. En la pagina 311 podemos ver como existen series o familias radiactivas en las que vemos como cada núcleo se transforma en otro diferente según se produzca una emisión alpha (en rojo en las tablas) o beta ( en azul)
Así por ejemplo en la serie del Thorio este elemento de numero atómico 90 y numero másico 232, se transforma en Radio Z= 88 A= 228 si sufre una emisión alpha y si ademas sufre una radiación beta en Actinio Z= 88 A= 228, si el camino es al revés es decir primero sufre una radiación beta y luego alpha pues se transforma directamente en Actinio y así sucesivamente.
Cinética de la radiación radiactiva (pag 312)
Esta es la parte mas importante de cara a los ejercicios que caen en ABAU, si le echasteis un vistazo al examen modelo que propusieron es te año, hay uno de estos.
Tiene que ver con la velocidad a la que se producen las desintegraciones de los núcleos
Tenemos por un lado que partiendo de un numero de núcleos N se denomina actividad radiactiva A al numero de ellos que se desintegran por unidad de tiempo.
A = -dN/dt = λ · N donde λ es la constante de desintegración
Tiene La unidad de actividad radiactiva es el becquerel (Bq) y representa las desintegraciones que se producen por segundo
Si integramos esta expresión entre los núcleos iniciales No y los núcleos para un tiempo transcurrido N obtenemos una expresión que nos permite saber cuantos núcleos hay en función del tiempo transcurrido
Por otra parte tenemos dos magnitudes útiles para tratar este tema que son el periodo de semidesintegración, o tiempo que tardan en desintegrarse la mitad de núcleos que había en la muestra
EJERCICIOS 9 y 10 pagina 313 11 pag 314 16,17 y 18 (aqui podemos usar la ley de desintegracion con masas m en vez de con nucleos N pag 321 y 19 y 20 pag 324
TEMA 9 FÍSICA CUÁNTICA
En este tema se introducen los conceptos básicos de la Física cuántica. La Física cuántica es una rama de la física que surge para explicar una serie de hechos experimentales que las teorías de la física clásica no eran capaces de explicar. El tema en si os puede resultar un poco lioso ya que trata temas muy diferentes y que en principio parecen no tener mucha conexión.
Por eso nos vamos a centrar (es decir no os comáis la cabeza con la teoría) en varios aspectos por separado:
1- Radiación térmica del cuerpo negro
Ley de Stefan-Boltzman y Ley de desplazamiento de Wien Pagina 272 y 273 del tema, nos llega con saber lo que dicen y la formula para poder aplicarla. De esto casi no cae nada en ABAU
2- Hipótesis de Planck
Importante y una de las bases de la mecánica cuántica. Hay que saber la ecuación E=h f
Esta ecuación relaciona la energía de una radiación con su frecuencia para un solo fotón asociado a esa radiación. Cuando tenemos mas de un fotón E= n h f. Donde n seria el numero de fotones.
La idea de Planck es que las radiaciones no se transmiten por cuantos de energía o fotones, de ahí la palabra cuantización que lleva a la física cuántica. Por otro lado podemos relacionar la frecuencia con la longitud de onda y luego con la energía a través de c= λ /T = λ · f.
Todo esto lo podéis ver en las paginas 274 y 275. Lo mas importante es quedarse con las formulas de la pagina 275.
En el libro utiliza para la frecuencia la f minúscula pero es mas habitual la letra griega nu (ν)
de manera que la ecuación de Planck quedaría como E = h·ν
De estos dos temas podéis hacer los ejercicios 4 de la 273 y 5,6 y 7 de la 275
Soluciones: https://drive.google.com/open?id=1pV_lPwVaC2I4k6Ax98YhotmmNwQ4AYD0
Os dejo otro vídeo donde creo que se aclara bastante de que va todo esto, en el vídeo también introduce el siguiente aspecto del tema
Bueno llegamos a uno de los temas mas importantes o quizá de los que se le da mas importancia en las ABAU de esta ultima parte de física del siglo XXI. El efecto fotoeléctrico consiste en que cuando " iluminamos" un metal con una radiación determinada, podemos "observar" que de ese material salen electrones.
La importancia de este efecto es que se podían observar resultados que no podía explicar la física clásica. Según la Física Clásica:
1- El efecto fotoeléctrico se tendría que producir a cualquier frecuencia, dependería únicamente de la intensidad de la radiación
2- La velocidad de los electrones aumentase con la intensidad de la radiación
3- La emisión de electrones no fuese instantánea ya que estos tardarían en alcanzar la energía cinética suficiente para salir
Fue Albert Einstein el que dio una explicación a este fenómeno, suponiendo que la radiación luminosa es una corriente de fotones cada uno con una energía E = h·ν que depende de la frecuencia de la radiación. Cuando un fotón llega a la placa si tiene energía suficiente arranca al electrón.
A esa energía para arrancar el electrón se le llama trabajo de extracción o energía umbral y a la frecuencia correspondiente frecuencia umbral
En la pagina 277 podéis ver un balance de energía en la que se relaciona la energía de la radiación incidente, con la energía necesaria para arrancar el electrón y la energía cinética que adquiere.
Es decir en este balance podemos ver que la energía total de la radiación incidente se emplea en arrancar el electrón (trabajo de extracción o energía umbral) y en comunicarle velocidad (Energía cinética)
La energía cinética se puede expresar también en función de la diferencia de potencial que haría falta para frenar el electrón, lo cual se conoce como potencial de frenado, en esa otra formula la carga del electrón la tomamos con signo positivo
En este vídeo podéis ver una simulación de como funciona el efecto fotoeléctrico con su explicación
Y si pincháis en esta imagen podéis usar vosotros dicha simulación, se os descargara un archivo .jar de java, a lo mejor el navegador os dice que puede ser dañino, pero ni caso porque es completamente seguro. Cuando lo descargeis le dais a abrir y deberia ir, si no va es porque a lo mejor os falta java en el pc. Si no tambien lo podeis descargar de aqui https://phet.colorado.edu/es/simulation/photoelectric
| Clic para Ejecutar |
Con todo ello resolver los ejercicios 8,9 y 10 de la pagina 278
Soluciones: https://drive.google.com/open?id=18qqpOreOGDVDrjTbasAN8XYVIKPSPOwt
4- ESPECTROS ATOMICOS (pag 280 y 281)
Otro de los aspectos relacionados con la mecanica cuantica es el estudio de los espectros atomicos. Basicamente consiste en que al calentar una muestra de un materia esta emite luz compuesta de distintas radiaciones con sus correspondientes longitudes de onda. Si descomponemos esa luz y la proyectamos sobre una pelicula fotografica obtenemos una serie de lineas de colores que se corresponden con cada una de esas radiaciones. Cada radiacion se corresponde con los saltos que dan los electrones de los atomos de los materiales de un nivel de energia a otro
Varios cientificos, Balmer , Lyman etc estudiaron los saltos que daba el electron en el caso del atomo de hidrogeno y cada uno de ellos establecio una serie de saltos. En la serie de Balmer por ejemplo se estudian los saltos desde el nivel n=2 hasta los niveles n= 3, 4 , 5, 6
En todas las series se encuentra una relacion matematica entre la longitud de onda y el salto entre niveles producido
RH o sismplemente R es la constante de Rydberg que tiene un valor fijo de 10967757 m-1
Como E = h·ν y λ · ν = c Relacionando todo podemos calcular la diferencia de energia entre los diferentes niveles atomicos
Para practicarlo hacer el ejercicio 13 de la pagina 281 y el ejercicio 31 de la pagina 300
Soluciones: https://drive.google.com/open?id=1zg6joPe5cTSsuxOPMSbD0IRaxXP6W5iQ
Soluciones: https://drive.google.com/open?id=1zg6joPe5cTSsuxOPMSbD0IRaxXP6W5iQ
Y por supuesto ahi os va un video friki de 5 minutos sobre que son los espectros
5- MODELO ATOMICO DE BOHR (pag 282)
De esta parte solo nos vamos a quedar con el recuadro de la pagina 282 donde se comentan los tres postulados del modelo atómico de Bohr.
Este modelo se basa en el concepto de cuantización de la energía para explicar como es el átomo
1- El átomo esta formado por un núcleo donde se encuentran las partículas positivas y una corteza donde se encuentran los electrones girando en órbitas circulares estacionarias sin emitir energía
2-Los electrones solo pueden girar en órbitas que cumplan la condición de que su momento angular L es un numero entero de veces de la cantidad h/2π es decir:
m · v . r = h/2π donde m es la masa del electrón, v su velocidad, r el radio de la órbita y h la constante de Planck
3- Los electrones pueden absorber energía en forma de radiación electromagnética (fotones) en cuyo caso se mueven a una órbita mas alejada, o en el caso contrario si emiten energía lo hacen al moverse a una órbita mas cercana al núcleo. La energía emitida o absorbida es igual a la diferencia de energía existente entre ambas órbitas y esta relacionada con la frecuencia de la radiación emitida o absorbida mediante:
ΔE = h·ν
6- PRINCIPIO DE De Broglie
Es uno de los principios sobre los que se asienta la mecánica cuántica, que describe el comportamiento de las partículas subatomicas.
Surgió para poder explicar la naturaleza de la luz, (si era una onda o una partícula)
Louis De Broglie propuso que se podía comportar de las dos maneras y estableció una relación matemática en la cual una partícula de masa m moviéndose a velocidad v llevaba asociada una onda del longitud de onda λ. Esta relación es:
λ = h/ p p es la cantidad de movimiento o momento lineal equivalente al producto de la masa por la velocidad. Con lo cual la ecuación la podemos expresar así:
λ = h / m ·v
Ejercicios para practicar esta parte: 15 pag 287 33 y 34 pag 300
Soluciones :https://drive.google.com/open?id=1bFqfKKfw4QmwkSgABIN7Bimcn1vD0Qjh
7 Principio de indeterminación de Heisenberg (Pag 290)
Esto es lo ultimo que tenéis que conocer del tema pero solo a nivel teórico. Básicamente lo que dice este principio es que debido a la dualidad de comportamiento de las partículas (como onda y como corpúsculo) es imposible conocer al mismo tiempo con precisión su posición y su velocidad (cantidad de movimiento realmente).
Esto se traduce en dos fórmulas que podéis ver en el recuadro de la pagina 290 pero que no vamos a aplicar
Os dejo otro video muy recomendable
Ejercicios de repaso final del tema: 26,27 y 28 pag 299 y 35 y 36 pag 300
SOLUCIONES: https://drive.google.com/open?id=105w4L4SAevo3dKZd4vlrkiqbFiCdmvuZ
RELATIVIDAD CONTINUACIÓN:
Del resto del tema lo único que nos interesa es la pagina 262 donde se habla de la ecuación de Einstein de la cual preguntaba en alguna cuestión. Aparece deducida para el caso del choque inelástico.
Como veis hay dos tipos de choques elástico e inelástico la diferencia es que en primero las partículas continúan separadas y se conserva el momento lineal p = m · v y la energía cinética total mientras que en el segundo las partículas, después del choque continúan unidas y se caracteriza por tener una perdida de energía cinética total.
A partir de esa consideración se puede deducir la formula de Einstein ΔE=Δm c2
Dicha deducción no la tenéis que saber pero le podéis echar un vistazo
La utilidad de dicha formula la veremos en el tema de Física Nuclear en la que podemos calcular la cantidad de energía que se libera entre un choque de partículas en la que se puede observar una variación de masa
Aunque no es habitual que salgan en ABAU ejercicios con las formulas de la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud vamos a practicar dichas formulas que aparecen en las paginas 254 y 256 para que no queden sin mirar.
En la formula de la pagina 254 tenéis que tener en cuenta que Δt´ es el intervalo de tiempo para el observador que se mueve y Δt el intervalo de tiempo para el observador que esta parado.
Igualmente en la formula de la página 256 L´es la longitud que observa el observador que esta en movimiento y L la del que esta en reposo
Con esto intentar resolver los ejercicios 4 y 5 de la pagina 257 y 15,16,17, y 18 de la página 266
SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS: https://drive.google.com/open?id=17A59mX5826K-Sc12PtgmAgNKmPq0e3wN
EJERCICIOS RELATIVIDAD. (Actualización)
Aquí tenéis el enlace con las soluciones a las cuestiones de relatividad
https://drive.google.com/open?id=1P8YGCDNCNPnv-eT5LG_s_avpCxx0-5CL
En el siguiente enlace os dejo unas cuestiones que son lo que suele aparecer en ABAU de relatividad
https://drive.google.com/open?id=1dJ9q2IXimzIYMmprFfmYBeQqf8yzU8nI
Pasado mañana os pongo las soluciones
TEMAS DE RELATIVIDAD Y FÍSICA NUCLEAR
Como no sabemos que va a a pasar con la tercera evaluación ni como va ser la ABAU, vamos a ir adentrándonos en los temas que nos quedan por ver pero solo en lo que mas importa
Empezando por el Tema 8 el de relatividad podéis leer desde el punto 2.2 Los postulados de la teoría de la relatividad especial de la pagina 252 hasta la pagina 256 incluyendo el saber mas de la pagina 253 que habla de la teoría de la relatividad general. No hace falta centrarse en las formulas ya que este tema se trata de manera conceptual (de cara a cuestiones) Lo mas importante es quedarse con lo que quiere decir la dilatación de tiempo y la contracción del espacio. De especial interés es el ejemplo de los gemelos.
Os dejo varios vídeos
Teoría de la relatividad especial
Teoría de la relatividad general
Paradoja de los gemelos
Bueno como supongo que tendréis hechos los ejercicios de óptica os dejo un enlace con las soluciones para que podáis corregirlos:
https://drive.google.com/open?id=1JBH1mVWsU-dA_8nNZZdeI9Edrk8SS3C7
En este enlace os dejo el documento de los Ejercicios de repaso del tema de óptica geométrica
https://drive.google.com/open?id=10j6E9yRAiHcp28dNtpHq6CxGloN3AokJ
Echarle un vistazo también a las paginas, 234 a 239 Donde habla de los instrumentos ópticos y el ojo humano, después de lo que hemos visto en el tema no debería ser complicado de entender.
Es todo conceptual, lo único que hay que aprender a mayores el la formula del aumento lateral para telescopios y la de la distancia que tienen que estar separadas las lentes objetivo y ocular en los telescopios tambien
En este vídeo podéis ver una explicación de los defectos de la vista
Funcionamiento del telescopio:
Si tenéis alguna duda podéis contactar conmigo en trabajoapocalipsis2020@gmail.com
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