[FÍSICA] Apuntes de Física Moderna (Radiactividad, efecto fotoel....) de 2º de Bachillerato

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Tema 14: Elementos de la Física
Cuántica
14.3 Radiación térmica. Teoría de Planck
Se llama radiación térmica de un cuerpo a la energía electromagnética que emite debido a su
temperatura.
Se conoce como cuerpo negro aquel que es capaz de absorber todas las radiaciones que llegan
a él y, por tanto, de emitir todas las longitudes de onda.
Ley de Wien: La longitud de onda para la cual la intensidad emitida es máxima disminuye al
aumentar la temperatura.

????á?? · ?? = 2,9 · 10?3 m K
Ley de Stefan-Boltzmann: La energía total emitida por un cuerpo negro, por unidad de
superficie y por unidad de tiempo, o intensidad de la radiación, a una temperatura
determinada, es directamente proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.

???????????? = ?? · ??4




(Donde ?? = 5,67 · 10?8 W
m2K4 )
Hipótesis de Planck: La energía emitida por un cuerpo negro no es continua, sino discontinua,
formada por cuantos: paquetes de energía de frecuencia determinada.

?? = ? · ??
14.4 Efecto fotoeléctrico. Teoría de Einstein
Se conoce como efecto fotoeléctrico a la emisión de electrones por las superficies metálicas
cuando se iluminan con luz de frecuencia adecuada. Esto ocurre porque la luz viaja por el
espacio transportando la energía en cuantos de luz, llamados fotones.
1
?? = ? · ?? = ???? + · ?? · ??2
2


(???? = ? · ??0 : Función de trabajo)
La energía provocada por este efecto se compone de la función de trabajo (mínimo de energía
necesaria para que el electrón escape del metal) y de energía cinética transmitida al electrón.
Se llama potencial de frenado (??0) al potencial necesario para que, al aplicarlo sobre los
electrones de una superficie metálica, estos no sean arrancados por el efecto fotoeléctrico. Se
calcula como:
??0 · ???? = ???? = ? · ?? ? ????

14.7 Hipótesis de De Broglie. Dualidad partícula-onda
Según De Broglie, cada partícula en movimiento lleva asociada una onda, cuya longitud de
onda viene dada por:
?
?
?? = =
??
?? · ??
14.8 Principio de incertidumbre de Heisenberg
No es posible determinar simultáneamente de un modo preciso, la posición y la cantidad de
movimiento de una partícula.

?
??? · ??? ? 2??




Tema 15: Física Nuclear
15.2 Composición del núcleo del átomo
En el núcleo se encuentran protones y neutrones. El número de protones en el núcleo de un
elemento (que coincide con el de electrones) se denomina número atómico y se representa
como Z. La suma de protones y neutrones (los nucleones) de un átomo se denomina número
másico
y se representa con A.
??
????
Se denominan isótopos a los átomos de un mismo elemento que, teniendo mismo número de
protones y electrones, difieren en el de neutrones (y por tanto en su número másico).
15.3 Estabilidad de los núcleos. Energía de enlace
La masa real de un núcleo atómico es menor que la suma de las masas de los nucleones
independientes que lo forman. Esta diferencia se denomina defecto de masa [???]. Se calcula
restando a las masas totales de los nucleones la masa real del átomo.
La energía equivalente a este defecto de masa se denomina energía de enlace o de ligadura
del núcleo, y es la energía que se libera al formarse el núcleo a partir de los nucleones que lo
constituyen. Es también la misma energía que hay que aportar al núcleo para liberar sus
nucleones. Se calcula como:
?? = ??? · ??2
15.4 Radiactividad
Es la emisión de radiación de forma espontánea por determinados átomos.
Esta radiación se produce de tres tipos de partículas:
-
??, con carga positiva, formadas por núcleos de helio (dos protones y dos neutrones)
-
??, con carga negativa, formadas a partir de la desintegración de un neutrón en un
protón (que se queda en el átomo), y un electrón y un antineutrino, que son liberados.
-
??, sin carga, son ondas electromagnéticas.
Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Soddy y Fajans, son:
-
Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo (A) resultante
disminuye en 4 unidades y el número atómico (Z) en 2.
-
Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número atómico (Z) aumenta
o disminuye en una unidad y la masa atómica (A) se mantiene constante.
-
Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma no varía ni su masa ni su número
atómico, solo pierde una cantidad de energía ? · ?? (donde "h" es la constante de
Planck y "??" es la frecuencia de la radiación emitida).

Mediante la Ecuación fundamental de la radiactividad, podemos calcular el número de
núcleos no-radiactivos que quedan sin desintegrar en cada instante, en una muestra:
?? = ??0 · ?????·??
(Donde ??0 es el número inicial de núcleos radiactivos y ?? es la constante de desintegración [s-1] que representa la probabilidad de
que un núcleo se desintegre)


Se llama actividad o velocidad de desintegración de una sustancia radiactiva al número de
desintegraciones producidas por unidad de tiempo:
?? = ???? = ?? · ?? [Bq]
????

Se denomina periodo de semidesintegración o periodo de semivida al tiempo que debe
transcurrir para que la mitad de núcleos de una sustancia radiactiva se desintegren.
??0
ln 2
= ??
2
0 · ?????·??1/2 ??1/2 = ??

Finalmente, se llama vida media al tiempo que por término medio tardará un núcleo en
desintegrarse.
1
?? = ??