La actividad está relacionada con el defecto de masa, la estabilidad nuclear y las características de la interacción fuerte, así como con las reacciones de fusión nuclear y la energía que liberan.
Se han publicado en la página correspondiente dos nuevas actividades (D2 selectividad ord junio 2022 y D2 selectividad extra julio 2022) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Estas actividades se puede ver en los siguientes archivos
Los ejercicios están relacionados con la estabilidad nuclear, las reacciones nucleares, la energía de reacción, la fusión nuclear y la fisión nuclear.
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.
Energía de enlace nuclear: 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).
Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Concepto de fisión nuclear. Reacción nuclear en la que un núcleo pesado se escinde (divide) en dos núcleos más ligeros y de masa parecidas (además de varios neutrones).
Se explica mediante la gráfica energía de enlace por nucleón frente al número másico, En-A: los núcleos ligeros tienen mayor energía de enlace por nucleón que el núcleo pesado.
Rasgos fundamentales.
Reacción muy energética (exoenergética, Q mayor que 0): Q aprox 200 MeV/reacción.
Importante fuente de energía (el consumo mundial de energía de 1995 se habría cubierto con 4000 toneladas de uranio).
Efecto multiplicador por la emisión de neutrones que pueden producir nuevas fisiones: reacción en cadena.
Los neutrones lentos (térmicos, Ec entre 1 y 40 eV) tiene mayor probabilidad de producir fisiones.
La reacción en cadena (autosostenida) se producirá si los neutrones no escapan sin producir fisiones: masa crítica: es la mínima masa necesaria para que se produzca la reacción en cadena. Si la masa es menor que la masa crítica no habrá reacción en cadena.
La reacción en cadena se puede controlar: reactores nucleares de fisión.
Los núclidos fisionables más importantes son: U-235 y Pu-239 (también lo son U-233(artificial) y el Pu-241). Este último, Pu-239, se pude obtener a partir del U-238.
Concepto de fusión nuclear. Reacción nuclear en la que dos núcleos ligeros se unen para dar un núcleo más pesado (además de partículas y/o radiación gamma).
Se explica con la gráfica de estabilidad nuclear (En-A): el núcleo más pesado tiene mayor En que los dos núcleos ligeros.
Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (25) de la segunda parte, Interacción nuclear, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato. Tanto esta como otras actividades se puede ver en el manual correspondiente.
El ejercicio está relacionado con las reacciones nucleares, el defecto de masa de una reacción y la energía de reacción.
Concepto de reacción nuclear. Es el bombardeo de un núcleo (blanco) con un nucleón o grupo de ellos (proyectil).
En 1919 Rutherford realiza la primera transformación nuclear (reacción nuclear) artificial: bombardea N-14 (blanco) con partículas alfa (proyectil) obteniendo O-17 y emitiéndose un protón.
Leyes de conservación.
Se conserva la energía total (masa–energía): no se conserva la masa sola.
Se conserva la cantidad de movimiento o momento lineal total.
Se conserva el momento cinético total.
Se conserva la carga eléctrica total. En el ejemplo: 7+2 = 8+1.
Se conserva el número total de nucleones. En el ejemplo: 14+4 = 17+1.
Energía de reacción (Q). Es la diferencia de energía de los reactivos y la energía de los productos de la reacción.
Se obtiene a partir de la diferencia de masas (defecto de masa) de los reactivos y los productos :
Δm=∑m_reactivos -∑m_productos
Q=Δm·c^2
Tipos de reacciones:
Exoenergéticas: son aquellas en las que la energía de reacción es positiva (también lo es, por tanto, el defecto de masa), es decir, la energía de los productos es inferior a la energía de los reactivos.
Endoenergéticas: son aquellas en las que la energía de reacción es negativa (Δm también), es decir, la energía de los productos es superior a la energía de los reactivos.
Esto quiere decir que requieren de una energía mínima (|Q|) para que se produzca.
Esta energía deberá proceder de la energía cinética del proyectil.
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.
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.
Se ha publicado en la página correspondiente la primera actividad (3) 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.
Comienza 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 la citada unidad, se establecen los conceptos de defecto de masa, energía de enlace de un núcleo y la energía de enlace por nucleón. Además se procede a calcular cada una de esas magnitudes para el núcleo del carbono - 12, isótopo más abundante y sumamente importante para la vida en nuestro planeta del elemento carbono. 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
