Se ha publicado en la página correspondiente la segunda actividad (3 examen) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato.
La actividad está relacionada con la estabilidad nuclear, el defecto de masa, la energía de ligadura y la energía de enlace por nucleón, así como con las interacciones fundamentales de la naturaleza.
Continuamos la unidad con el primero de los tres tópicos fundamentales que se tratan en ella, la estabilidad nuclear. En este vídeo, en el que se resuelve la actividad 3 de un examen propuesto por el autor, se establece, en el apartado a), una comparación de los aspectos básicos de dos de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza: la interacción fuerte (o nuclear fuerte) y la interacción electromagnética.
En el apartado b) del ejercicio se utilizan los conceptos de defecto de masa, energía de enlace de un núcleo y la energía de enlace por nucleón para determinar cuál de dos nucleidos o núclidos dados (bario - 141 y estroncio -100) es más estable. Para ello se procede a cada una de esas tres magnitudes para cada uno de los dos núcleos citados.
Defecto de masa: diferencia entre la suma de las masas de todos los nucleones y la masa del núcleo. También es la diferencia entre las masas de todos los constituyentes del átomo (protones, neutrones y electrones) y la masa del átomo.
Matemáticamente:
∆m=∑(m_nucleones) - m_núcleo = Z · m_protón + (A-Z) · m_neutrón - m_núcleo
La masa de los núcleos es menor que la suma de las masas de todos los nucleones que los componen (la masa de los átomos es menor que la suma de las masas de sus constituyentes). Esto se conoce con cierta precisión desde la utilización del espectrógrafo de masas.
El defecto de masa justifica la energía de enlace nuclear y la estabilidad del núcle: principio de equivalencia masa-energía (Albert Einstein, 1905):
E = m·c^2, donde c es la velocidad de la luz en el vacío (3·10^8 m/s). La masa se puede transformar en energía y viceversa.
Los núcleos son estables cuando la energía del sistema núcleo es inferior a la energía del conjunto de nucleones por separado.
Energía de enlace nuclear (∆E o E_enlace): es la energía que se libera en la formación del núcleo a partir de los nucleones (también se puede definir como la energía necesaria para descomponer el núcleo en los nucleones)
E_enlace= ∆E = ∆m·c^2
(1 u = 1,66 · 10-27 kg = 931,5 MeV).
Energía de enlace por nucleón : es la energía de enlace promedio que le corresponde a cada nucleón (también es la energía media necesaria para extraer un nucleón).
Matemáticamente:
E_n=E_enlace/A
Los núcleos más estables son los de energía de enlace por nucleón, En, mayor. Corresponde a los núcleos intermedios (A aproximadamente 60). La máxima En es de unos 8,8 MeV/nucleón.
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