TEMAS DE FISICA


Este blog fue creado por alumnos del CBTis 160 de 6BMM de la Generación 2008 - 2011 de la especialidad Mantenimiento Automotriz en la materia Temas de Física impartida por el profesor Víctor Manuel García Jiménez.


CBTis 160:
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martes, 7 de junio de 2011

FISICA NUCLEAR

En física nuclear , la fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado. Se acompaña de la liberación o absorción de una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro (que, junto con el níquel, tiene la mayor energía de enlace por nucleón) libera energía en general, mientras que la fusión de núcleos más pesados que el hierro absorbe energía; y viceversa para el proceso inverso, fisión nuclear. En el caso más simple de fusión del hidrógeno, dos protones deben acercarse lo suficiente para que la interacción nuclear fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutua y obtener la posterior liberación de energía.

La fusión nuclear se produce de forma natural en las estrellas. La fusión artificial también se ha logrado en varias empresas, aunque todavía no ha sido totalmente controlada. Sobre la base de los experimentos de transmutación nuclear de Ernest Rutherford conducidos unos pocos años antes, la fusión de núcleos ligeros (isótopos de hidrógeno) fue observada por primera vez por Mark Oliphant en 1932; los pasos del ciclo principal de la fusión nuclear en las estrellas posteriormente fueron elaborados por Hans Bethe durante el resto de esa década. La investigación sobre la fusión para fines militares se inició en la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan, pero no tuvo éxito hasta 1952. La investigación sobre la fusión controlada con fines civiles se inició en la década de 1950, y continúa hasta hoy en día.

Descripción general
Antes de que la fusión pueda tener lugar, debe superarse una importante barrera de energía producida por la fuerza electrostática. A grandes distancias dos núcleos se repelen entre sí debido a la fuerza de repulsión electrostática entre sus protones cargados positivamente. Si dos núcleos pueden ser acercados lo suficiente, sin embargo, la repulsión electrostática se puede superar debido a la interacción nuclear fuerte, que es más fuerte en distancias cortas.

Cuando se añade un nucleón como un protón o un neutrón a un núcleo, la fuerza nuclear atrae a otros nucleones, pero principalmente a sus vecinos inmediatos, debido al corto alcance de esta fuerza. Los nucleones en el interior de un núcleo tienen más vecinos nucleones que los de la superficie. Ya que los núcleos más pequeños tienen una mayor relación entre área de superficie y volumen, la energía de enlace por nucleón debido a la fuerza nuclear por lo general aumenta con el tamaño del núcleo, pero se aproxima a un valor límite correspondiente a la de un núcleo con un diámetro de cerca de cuatro nucleones.

La fuerza electrostática, por otra parte, es una fuerza inversa del cuadrado de la distancia, así que un protón añadido a un núcleo sentirá una repulsión electrostática de todos los otros protones en el núcleo. La energía electrostática por nucleón, debido a la fuerza electrostática por tanto, aumenta sin límite cuando los núcleos se hacen más grandes.


En distancias cortas, la interacción nuclear fuerte (atracción) es más fuerte que la fuerza electrostática (repulsión). Así, la mayor dificultad técnica para la fusión es conseguir que los núcleos se acerquen lo suficiente para fusionar. Las distancias no están a escala..El resultado neto de estas fuerzas opuestas es que la energía de enlace por nucleón generalmente aumenta con el tamaño del núcleo, hasta llegar a los elementos hierro y níquel, y un posterior descenso para los núcleos más pesados. Finalmente, la energía de enlace se convierte en negativa y los núcleos más pesados (con más de 208 nucleones, correspondientes a un diámetro de alrededor de 6 nucleones) no son estables. Los cuatro núcleos más estrechamente unidos, en orden decreciente de energía de enlace, son 62Ni, 58Fe, 56Fe, y 60Ni.[1] A pesar de que el isótopo de níquel, 62Ni, es más estable, el isótopo de hierro 56Fe es una orden de magnitud más común. Esto se debe a una mayor tasa de desintegración de 62Ni en el interior de las estrellas impulsado por la absorción de fotones.

Una notable excepción a esta tendencia general es el núcleo helio-4, cuya energía de enlace es mayor que la del litio, el siguiente elemento más pesado. El principio de exclusión de Pauli proporciona una explicación para este comportamiento excepcional, que dice que debido a que los protones y los neutrones son fermiones, no pueden existir en el mismo estado. Helio-4 tiene una energía de enlace anormalmente grande debido a que su núcleo está formado por dos protones y dos neutrones, de modo que sus cuatro nucleones puede estar en el estado fundamental. Cualquier nucleón adicionales tendrían que ir en estados de energía superiores.

Confinamiento electrostático estable para fusión nuclear
Como se puede apreciar en el dibujo de arriba se basa en el encierro total de iones de hidrógeno confinados electrostáticamente.

Los beneficios de este confinamiento son múltiples:

El grosor de la esfera de cobre anula la inestabilidad producida por los errores de simetría.
La ionización del hidrógeno se produce fácilmente por el campo eléctrico que absorbe los electrones sin disminuir la intensidad del campo eléctrico.
Se puede obtener un intenso campo eléctrico lo que evitaría que los iones de hidrógeno escapen.
La energía consumida es menor que la que consume un reactor de fusión que produce un campo electromagnético para confinar los iones.
La fusión nuclear se logra por medio de compresión-descompresión aumentando o disminuyendo la intensidad del campo eléctrico, esto se logra aumentando o disminuyendo la velocidad del generador de electricidad. El moderador de neutrones que se puede utilizar es el plomo aunque habría que probar su eficacia.

FISICA NUCLEAR

La física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos. La física nuclear es conocida mayoritariamente por la sociedad por el aprovechamiento de la energía nuclear en centrales nucleares y en el desarrollo de armas nucleares, tanto de fisión como de fusión nuclear. En un contexto más amplio, se define la física nuclear y de partículas como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas subatómicas.

PRIMEROS EXPERIMENTOS
La radiactividad fue descubierta en las sales de uranio por el físico francés Henri Becquerel en 1896.
En 1898, los científicos Marie y Pierre Curie descubrieron dos elementos radiactivos existentes en la naturaleza, el polonio (84Po) y el radio (88Ra).
En 1913 Niels Bohr publica su modelo de átomo, consistente en un núcleo central compuesto por partículas que concentran la práctica mayoría de la masa del átomo (neutrones y protones), rodeado por varias capas de partículas cargadas casi sin masa (electrones). Mientras que el tamaño del átomo resulta ser del orden del angstrom (10-10 m), el núcleo puede medirse en fermis (10-15 m), o sea, el núcleo es 100.000 veces menor que el átomo.
Ernest Rutherfordio en el año 1918 definió la existencia de los núcleos de hidrógeno. Rutherfordio sugirió que el núcleo de hidrógeno, cuyo número atómico se sabía que era 1, debía ser una partícula fundamental. Se adoptó para esta nueva partícula el nombre de protón sugerido en 1886 por Goldstein para definir ciertas partículas que aparecían en los tubos catódicos.
Durante la década de 1930, Irène y Jean Frédéric Joliot-Curie obtuvieron los primeros nucleidos radiactivos artificiales bombardeando boro (5B) y aluminio (13Al) con partículas α para formar isótopos radiactivos de nitrógeno (7N) y fósforo (15P). Algunos isótopos de estos elementos presentes en la naturaleza son estables. Los isótopos inestables se encuentran en proporciones muy bajas.
REACCIONES NUCLEARES
La física nuclear incluye también el estudio de las reacciones nucleares: el uso de proyectiles nucleares para convertir un tipo de núcleo en otro. Si, por ejemplo, se bombardea el sodio con neutrones, parte de los núcleos estables Na capturan estos neutrones para formar núcleos radiactivos ²Na:
[pic] Estas reacciones se estudian colocando muestras dentro de los reactores nucleares para producir un flujo alto de neutrones (número elevado de neutrones por unidad de área).
RADIOCTIVIDAD NATURAL
Se denomina radiactividad natural a aquella radiactividad que existe en la naturaleza sin que haya existido intervención humana. Su descubridor fue Henri Becquerel en 1896.
Puede provenir de dos fuentes:
1. Materiales radiactivos existentes en la Tierra desde su formación, los llamados primigenios.
2. Materiales radiactivos generados por la interacción de los rayos cósmicos con los materiales de la Tierra que originalmente no eran radiactivos, los llamados cosmogónicos.
Junto a los rayos cósmicos, que provienen del exterior de la atmósfera, las radiaciones emitidas por estos materiales son las responsables del 80% de la dosis recibida por las personas en el mundo (en promedio). El resto está provocado casi integramente por las prácticas médicas que utilizan las radiaciones (diagnóstico por rayos X, TAC, etc.)
La dosis media soportada por un ser humano viene a ser de 2.4 mSv. De todas las radiaciones ionizantes naturales (donde se incluyen los rayos cósmicos), es el 222Rn el que produce aproximadamente la mitad de la dosis que reciben las personas.
En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro.
Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.
El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente a los esposos Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica.
Marie y Pierre Curie al proseguir los estudios encontraron fuentes de radiación natural bastante más poderosas que el Uranio original, entre estos el Polonio y el Radio.
La radiactividad del elemento no dependía de la naturaleza física o química de los átomos que lo componen, sino que era una propiedad radicada en el interior mismo del átomo.
Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, que corresponden a los elementos más pesados. Por arriba del número atómico 83, todos los núcleos.
El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Y la causa que lo origina se cree que es debida a la interacción neutrón-protón del mismo.
Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.
Sabemos que la radiación emitida por una desintegración puede ser de tres tipos: alfa, beta y gamma; además también hay que considerar hoy la emisión de neutrones:

REACCIONES NUCLEARES ASPECTOS DE SALUD Y SEGURIDAD.
Los modelos utilizados por la industria nuclear, para estimar el impacto de las radiaciones en el cuerpo humano, parten de un cierto nivel de daño permitido. El uso del término "nivel de seguridad" por la industria nuclear, no supone niveles de exposición inocuos para la salud, sino niveles en los cuales inversiones de prevención exceden a los gastos de curación. Es más: recientes estudios sobre poblaciones "sobrevivientes a la bomba" muestran, que la exposición a ciertas radiaciones puede ser mucho más peligrosa de lo presentado en dichos modelos oficiales.
Con frecuencia se intenta minimizar el impacto de la radioactividad artificial, comparándola con el nivel de radiación ambiental natural. El comportamiento químico y biológico de los radio isótopos artificiales provoca su concentración en la cadena alimenticia, o en ciertos órganos, en mayor grado que los naturales. Los organismos vivientes nunca tuvieron que evolucionar para soportar tales substancias. Por tanto, su presencia supone un riesgo mucho mayor de lo que muestra una comparación simplista de su radioactividad.
En relación a la contaminación nuclear, no se puede recalcar suficientemente que lo que cuenta, biológicamente, es la suma a través del tiempo de todos los daños de todas las fuentes y eventos combinados que liberan venenos persistentes (radioactivos u otros) a la biosfera... Cada aporte a esta suma importa.
Como parte de su operación normal, la producción nuclear libera radioactividad venenosa en el aire, tierra y agua. Las sustancias radioactivas emiten partículas alfa y beta y rayos gamma, los que pueden dañar a las células vivas. Una alta dosis de radiación puede conducir a la muerte en cuestión de días o semanas, y se sabe ahora que las dosis bajas de radiación son mucho más dañinas para la salud de lo que se pensaba anteriormente. La exposición prolongada a la llamada radiación de bajo nivel puede causar problemas graves y perdurables a la salud humana, tanto para las personas expuestas como para su descendencia.
A pesar de algunas informaciones de la industria nuclear, nunca ha sido científicamente demostrada la inocuidad de ninguna dosis radiactiva, por baja que sea. En otros términos: No existe un nivel de exposición radiactiva que pueda considerarse seguro. Como ejemplo, la radiación natural de fondo de zonas de roca granítica, que suele ser superior a la normal, se supone causante del incremento de ciertas enfermedades. No es difícil deducir que cualquier incremento a esta radiación natural inevitable no puede producir más que riesgos añadidos. Cuando la industria nuclear afirma que escapes nucleares no afectan a la salud, está simplemente, saltando a la verdad.
Los trabajadores de la industria nuclear, sus hijos y los vecinos de las instalaciones nucleares en todo el mundo sufren tasas mucho mayores que la población en general de cáncer, defectos congénitos y disfunciones del sistema inmunológico. Nuevos estudios que han investigado las causas de un aumento global del cáncer de mamas en las mujeres muestran que el tejido de las mamas es particularmente propenso a desarrollar cáncer a causa de la exposición a la radiación. Esta también está reconocida como causante del cáncer a la próstata y al pulmón.
Lo trágico es que el daño genético que ocasiona la radiación puede pasar de una generación a otra, afectando potencialmente a la descendencia de todas las especies.
Los tipos de contaminación que producen las centrales son dos: radiactividad y contaminación térmica.
• La contaminación térmica es común a las centrales térmicas convencionales, pero en el caso de las centrales nucleares aún es más importante, ya que al ser menor la temperatura y la presión del vapor producido también lo es el rendimiento térmico.
• La contaminación radiactiva representa el principal problema de los nucleares, pero las seguridades del diseño, construcción y explotación, impiden que las radiaciones de estas plantas tengan incidencia apreciable en el medio ambiente.
Un reactor de fisión produce tres tipos de sustancias o material radiactivo: productos de fisión, de activación y actinidos. La emisión de este tipo de materiales comporta riesgos de irradiación y la seguridad de la industria nuclear depende de que estas emisiones se controlen a un nivel, de forma que no produzca una gran acción en el medio ambiente.
En resumen, el mayor problema que presenta la utilización de la energía nuclear es el del tratamiento, manejo, almacenamiento de los residuos radiactivos, especialmente el de los de alta radiactividad.
El hecho básico es que la radiactividad produce riesgos reales par la salud, las fugas rutinarias por vía aérea o acuática de las instalaciones nucleares incrementan estos riesgos, mientras que las propias instalaciones son una permanente amenaza de accidentes y de proliferación de materiales nucleares
Los residuos nucleares son también un problema: ¿dónde ponerlos sin que produzcan riesgos de contaminación?
Los residuos radiactivos se pueden clasificar de muy diversas maneras: en función de su estado físico, tipo de radiación que emiten, actividad específica, etc. Lo normal es verlos clasificados en residuos de baja, media y alta actividad.
Los de baja y media actividad emiten radiactividad durante periodos de tiempo que pueden alcanzar los centenares de años. Existe una gran diversidad de materiales que pueden llegar a ser residuos de este tipo: guantes, ropa, herramientas, etc... que hayan estado en contacto con material altamente radiactivo, hasta materiales procedentes de la clausura de instalaciones nucleares.
Los residuos de alta actividad son mucho más peligrosos. Emiten radiaciones durante miles de años (hasta millones de años) y tienen una toxicidad muy elevada.
Entre estos residuos se encuentra el Plutonio-239, de una tremenda toxicidad, un gramo de este elemento es capaz de causar cáncer a un millón de personas. Además emite una radiactividad durante 2500000 años (50 veces más tiempo que la historia conocida de la Humanidad) lo cual hace pensar en las muchísimas generaciones, aún por venir, que tendrán que soportar el legado irresponsable de los residuos radiactivos.
La producción de armas nucleares en Estados Unidos ha generado cerca de cuatro millones de metros cúbicos (140 millones de pies cúbicos) de combustible usado, desperdicio de alto nivel, desperdicio transuránico, y desperdicio de bajo nivel. (No incluidos en ese total están cantidades aún más grandes de desperdicios radioactivos del minado y procesamiento de uranio y tierra contaminada por desechos en el subsuelo. Desperdicios peligrosos no-radioactivos y desperdicios sólidos han sido también generados en grandes cantidades. Por volumen, los desperdicios TRU constituyen menos del seis por ciento del legado de desperdicios nucleares y sólo alrededor de un tercio de estos desperdicios TRU almacenados son “recuperables” y por lo tanto pueden ser empacados y enviados a WIPP. La gran mayoría de los desperdicios fueron desechados en zanjas hasta 1970. Ya que existen tan solo algunos récords confiables de aquellos desperdicios “enterrados”, los volúmenes exactos y composición de aquellos materiales no es conocido. Pero algunos de los desperdicios enterrados han migrado en la tierra y en algunos casos hacía aguas subterráneas, representando una amenaza significativa porque no están resguardados.

APLICACIÓN DE ISOTOPOS COMO MARCADORES

• Análisis de isótopo es la determinación de firma isotópica, los abundances relativos de isótopos de un elemento dado en una muestra particular. Para sustancias biogénicas particularmente, las variaciones significativas de isótopos de C, de N y de O pueden ocurrir. El análisis de tales variaciones tiene una amplia gama de usos, tales como la detección de la adulteración de los productos alimenticios.[4] La identificación de ciertos meteoritos como siendo originado encendido Marte se basa en parte sobre la firma isotópica de los gases del rastro contenidos en ellos.[5]
• Otro uso común es etiquetado isotópico, el uso de isótopos inusuales como trazalíneas o marcadores en reacciones químicas. Normalmente, los átomos de un elemento dado son indistinguibles de uno a. Sin embargo, usando los isótopos de diversas masas, pueden ser distinguidos cerca spectrometry total o espectroscopia infrarroja (véase las “características”). Por ejemplo, en el 'isótopo estable que etiqueta con aminoácidos en cultura de célula (SILAC) los 'isótopos estables se utilizan para cuantificar proteínas. Si se utilizan los isótopos radiactivos, pueden ser detectados por la radiación que emiten (se llama esto etiquetado radioisotópico).
• Una técnica similar al etiquetado radioisotópico es el fechar radiométrico: usando sabido período de un elemento inestable, uno puede calcular la cantidad de tiempo que ha transcurrido desde que existió un nivel sabido del isótopo. El ejemplo lo más extensamente posible sabido es el fechar del radiocarbono determinaban la edad de materiales carbonosos.
• La substitución isotópica se puede utilizar para determinar el mecanismo de una reacción vía efecto cinético del isótopo

FECHADO DE CARBONO

El método de Carbono 14 es usado comúnmente para fechar material orgánico o material que en algún tiempo fue parte de un organismo vivo.
Este método está basado en la medida del elemento radiactivo carbono 14, que se encuentra en todos los tejidos vivos. Como resultado de la radiación que pasa a través de la atmósfera superior de la tierra, los átomos ordinarios de nitrógeno se transforman en carbono 14 radiactivo. Algunos de estos átomos radiactivos son entonces incorporados en las moléculas de dióxido de carbono las cuales son a su vez absorbidas por las plantas en el proceso de fotosíntesis. Los animales consumen material vegetal o carne cuyo origen también está vinculado en alguna forma con las plantas. Cada organismo en sí, ya sea planta o animal, contiene una cierta cantidad de carbono 14 radiactivo.
Cuando un organismo muere, la absorción de carbono 14 cesa y el elemento radiactivo comienza el proceso de decadencia de regreso a nitrógeno. Al medir la cantidad de carbono radiactivo en una muestra se puede determinar la fecha de su muerte. Cuanto más carbono 14 esté presente, menor será la edad y cuanto menos tenga, más antiguo será el espécimen.
Al igual que los otros métodos de fechado radiométrico, el método Carbono 14 depende de varias hipótesis. Primero, para que este método de fechado funcione, la cantidad de carbono radiactivo en la atmósfera de la tierra debe haber sido constante. Esto significaría que la tasa de formación de carbono radiactivo habría tenido que ser igual a la tasa de decadencia en la época en que vivió el espécimen. Segundo, hay que suponer que la medida de decadencia era en el pasado la misma de hoy. Tercero, ninguna contaminación de carbono radiactivo podía ocurrir desde la muerte del espécimen.
A fin de evaluar completamente la exactitud del método de fechado carbono 14, procedamos a examinar la evidencia observable. Hay un número de factores en el medio que podemos considerar, los cuales indicarían que la tasa de formación de carbono radiactivo no ha sido constante en el pasado.
1.La disminución de la fuerza del campo magnético de la tierra, lo que provoca que la radiación cósmica penetre más fácilmente en la atmósfera de la tierra.
2.La actividad volcánica, que libera dióxido de carbono. Los períodos de violentas erupciones volcánicas transtornarían el balance del C-14 requerido para que este método fuera válido.
3.Las pruebas nucleares llevadas a cabo hace varias décadas han sido responsables de un aumento en la tasa de formación de carbono radiactivo

RALLOS DE ALTA ENERGIA
Los rayos cósmicos no son el único signo existente de partículas de alta energía del distante universo. Existen otras evidencias adicionales (al igual que la mayor parte de datos astronómicos) de la luz visible y de otros tipos de ondas electromagnéticas, p.e. de los rayos X y de las ondas de radio.
Normalmente estas ondas llegan en de dos formas, como “procesos del fotón” y mediante procesos que se parecen a las ondas de radiodifusión.

Procesos del Fotón

Los procesos fotónicos están relacionados con la naturaleza cuántica de la luz, descubierta en el siglo XX, mediante la cual, la luz o cualquier otra onda electromagnética solo es creada o absorbida en “paquetes de energía” denominados fotones. Cuanto más corta sea la longitud de la onda, más energético es el fotón - por ejemplo, como la luz azul tiene una longitud de onda más corta que la luz roja, sus fotones tienen más energía. Las películas en blanco y negro se pueden manipular en los cuartos oscuros de fotografía solo iluminados mediante luz roja, debido a que los fotones rojos no llevan la suficiente energía como para iniciar los cambios químicos que oscurecen la película.
Los fotones de la luz visible tienen unos 2 electron-voltios (ev), mientras que los fotones de los rayos X médicos pueden tener energías de 50.000 ev y los de los rayos gamma llegan a 1.000.000 ev e incluso más. La llegada de fotones de rayos X de (digamos) 50.000 ev desde el espacio es la evidencia de la existencia de partículas con al menos esa energía, a menudo mucha más, ya que cada fotón proviene de una única partícula. No existe ningún proceso mediante el que, por ejemplo, diez electrones con 5.000 ev cada uno combinen su energía para crear un único fotón de 50.000 ev.
Los rayos X celestiales no se pueden observar desde el suelo porque la atmósfera los absorbe rápidamente. Sin embargo pueden alcanzar a observatorios en satélites que estén en órbita sobre la atmósfera y varios de ellos han cartografiado el cielo de rayos X - el pequeño Uhuru y el mayor Einstein, lanzados por la NASA, y más recientemente el europeo, muy exitoso, ROSAT, cuyo nombre (Roentgen-satélite) honra la memoria del descubridor de los rayos X. Algunas fuentes de rayos X parecen asociadas a extrañas estrellas binarias y a agujeros negros, otras aún nos desconciertan, pero todas sugieren una fuente de partículas de alta energía.

BIBLOGRAFIA

enciclopedia universal. La energía nuclear

Ciencia nuclear Wiki de Nucleonica

Juan Cortina cortina@ifae.es
Institut de Fisica d'Altes Energies
Colaboración MAGIC

CONCLUCION

Existen muchos tipos de energía en particular la radiactividad natural que es a aquella radiactividad que existe en la naturaleza sin que haya existido intervención humana Puede provenir de dos fuentes:
1. Materiales radiactivos existentes en la Tierra desde su formación, los llamados primigenios.
2. Materiales radiactivos generados por la interacción de los rayos cósmicos con los materiales de la Tierra que originalmente no eran radiactivos, los llamados cosmogónicos.
El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Y la causa que lo origina se cree que es debida a la interacción neutrón-protón del mismo.
Aunque estos tipo de energía son muy importantes para el ser humano tienes sus desventajas, que es la contaminación o radiación. Lo trágico es que el daño genético que ocasiona la radiación puede pasar de una generación a otra, afectando potencialmente a la descendencia de todas las especies.
Los tipos de contaminación que producen las centrales son dos: radiactividad y contaminación térmica.
• La contaminación térmica es común a las centrales térmicas convencionales, pero en el caso de las centrales nucleares aún es más importante, ya que al ser menor la temperatura y la presión del vapor producido también lo es el rendimiento térmico.
• La contaminación radiactiva representa el principal problema de los nucleares, pero las seguridades del diseño, construcción y explotación, impiden que las radiaciones de estas plantas tengan incidencia apreciable en el medio ambiente.

INTITUTO TECNOLOGICO DEL VALLE DEL YAQUI

TRABAJO FINAL

MATERIA: QUIMIA

MAESTRA: DAMARIS

ALUMNO: CASTRO GRIJALVA J.

INDICE

QUIMICA NUCLEAR……………………………2

RADIOCTIVIDA NADTURAL………………….3

REACIONES NUCLEARES, DESINTEGRACIONES ASPECTOS DE SALUD Y SEGURIDAD…………...5

APLICACIONES DE ISOTOPOS COMO MARCADORES………………………………………...8

FECHADO DE CARBONO……………………………9

RALLO DE ALTA ENRGIA…………………………..10

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Energía [Recopilado por: Mendoza Martínez Oscar Alberto]

El concepto de energía en física

En la física, la ley universal de conservación de la energía, que es la base para el primer principio de la termodinámica, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece en el tiempo. No obstante, la teoría de la relatividad especial establece una equivalencia entre masa y energía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, contienen energía; además, pueden poseer energía adicional que se divide conceptualmente en varios tipos según las propiedades del sistema que se consideren. Por ejemplo, la energía cinética se cuantifica según el movimiento de la materia, la energía química según la composición química, la energía potencial según propiedades como el estado de deformación o a la posición de la materia en relación con las fuerzas que actúan sobre ella y la energía térmica según el estado termodinámico.
La energía no es un estado físico real, ni una "sustancia intangible" sino sólo una magnitud escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Por ejemplo, se puede decir que un sistema con energía cinética nula está en reposo.
Se utiliza como una abstracción de los sistemas físicos por la facilidad para trabajar con magnitudes escalares, en comparación con las magnitudes vectoriales como la velocidad o la posición. Por ejemplo, en mecánica, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial, que componen la energía mecánica, que en la mecánica newtoniana tiene la propiedad de conservarse, es decir, ser invariante en el tiempo.
Matemáticamente, la conservación de la energía para un sistema es una consecuencia directa de que las ecuaciones de evolución de ese sistema sean independientes del instante de tiempo considerado, de acuerdo con el teorema de Noether.
Energía en diversos tipos de sistemas físicos
La energía también es una magnitud física que se presenta bajo diversas formas, está involucrada en todos los procesos de cambio de Estado físico, se transforma y se transmite, depende del sistema de referencia y fijado éste se conserva.1 Por lo tanto todo cuerpo es capaz de poseer energía, esto gracias a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, por supuesto todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo.
Física clásica
En la mecánica se encuentran:
Energía mecánica, que es la combinación o suma de los siguientes tipos:
Energía cinética: relativa al movimiento.
Energía potencial: la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas conservativo. Por ejemplo, está la Energía potencial gravitatoria y la Energía potencial elástica (o energía de deformación, llamada así debido a las deformaciones elásticas). Una onda también es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico.
En electromagnetismo se tiene a la:
Energía electromagnética, que se compone de:
Energía radiante: la energía que poseen las ondas electromagnéticas.
Energía calórica: la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación.
Energía potencial eléctrica (véase potencial eléctrico)
Energía eléctrica: resultado de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos.
En la termodinámica están:
Energía interna, que es la suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema.
Energía térmica, que es la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (energía geotérmica) mediante la combustión.
Física relativista
En la relatividad están:
Energía en reposo, que es la energía debida a la masa según la conocida fórmula de Einstein, E=mc2, que establece la equivalencia entre masa y energía.
Energía de desintegración, que es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración.
Al redefinir el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética (véase relación de energía-momento).
Física cuántica
En física cuántica, la energía es una magnitud ligada al operador hamiltoniano. La energía total de un sistema no aislado de hecho puede no estar definida: en un instante dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. En cambio, para los sistemas aislados en los que el hamiltoniano no depende explícitamente del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía bien definida. Además de la energía asociadas a la materia ordinaria o campos de materia, en física cuántica aparece la:
Energía del vacío: un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de materia.

LUZ [Recopilado por Lazaro Gonzalez Alejandro]

Luz

Se llama luz (del latín lux, lucís) a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la radiación en el espectro visible.
La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones


Propiedades


Reflexión y dispersión

Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retiene unos instantes su energía y a continuación la reemite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).
La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado reflexión interna total, que se produce cuando un rayo de luz, intenta salir de un medio en que su velocidad es más lenta a otro más rápido, con un determinado ángulo. Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Esta reflexión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.
Cuando la luz es reflejada difusa e irregularmente, el proceso se denomina dispersión. Gracias a este fenómeno podemos seguir la trayectoria de la luz en ambientes polvorientos o en atmósferas saturadas. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada por la atmósfera. El color blanco de las nubes o el de la leche también se debe a la dispersión de la luz por el agua o por el calcio que contienen respectivamente
Efectos químicos
Artículo principal: Fotoquímica
Algunas sustancias al absorber luz, sufren cambios químicos; utilizan la energía que la luz les transfiere para alcanzar los niveles energéticos necesarios para reaccionar, para obtener una conformación estructural más adecuada para llevar a cabo una reacción o para romper algún enlace de su estructura (fotólisis).
La fotosíntesis en las plantas, que generan azúcares a partir de dióxido de carbono, agua y luz; la síntesis de vitamina D en la piel; la ruptura de di halógenos con luz en las reacciones radical arias o el proceso de visión en el ojo, producido por la isomerización del retinol con la luz, son ejemplos de reacciones fotoquímicas. El área de la química encargada del estudio de estos fenómenos es la fotoquímica.

En 1845, Michael Faraday descubrió que el ángulo de polarización de la luz se podía modificar aplicándole un campo magnético (efecto Faraday), proponiendo dos años más tarde que la luz era una vibración electromagnética de alta frecuencia. James Clerk Maxwell, inspirado por el trabajo de Faraday, estudió matemáticamente estas ondas electromagnéticas y se dio cuenta de que siempre se propagaban a una velocidad constante, que coincidía con la velocidad de la luz, y de que no necesitaban medio de propagación ya que se auto propagaban. La confirmación experimental de las teorías de Maxwell eliminó las últimas dudas que se tenían sobre la naturaleza ondulatoria de la luz.
No obstante, a finales del siglo XIX, se fueron encontrando nuevos efectos que no se podían explicar suponiendo que la luz fuese una onda, como, por ejemplo, el efecto fotoeléctrico, esto es, la emisión de electrones de las superficies de sólidos y líquidos cuando son iluminados. Los trabajos sobre el proceso de absorción y emisión de energía por parte de la materia sólo se podían explicar si uno asumía que la luz se componía de partículas. Entonces la ciencia llegó a un punto muy complicado e incomodo: se conocían muchos efectos de la luz, sin embargo, unos sólo se podían explicar si se consideraba que la luz era una onda, y otros sólo se podían explicar si la luz era una partícula.
El intento de explicar esta dualidad onda-partícula, impulsó el desarrollo de la física durante el siglo XX. Otras ciencias, como la biología o la química, se vieron revolucionadas ante las nuevas teorías sobre la luz y su relación con la materia.


Naturaleza de la luz

La luz presenta una naturaleza compleja: depende de cómo la observemos se manifestará como una onda o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (véase Dualidad onda corpúsculo). Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica

Teoría ondulatoria

Descripción

Esta teoría, desarrollada por Christian Huygens, considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampere) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se auto propaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación .


Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir la posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión.
De la propagación de la luz y su encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que, relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una sombra definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgirá una sombra en la que se distinguen una región más clara denominada penumbra y otra más oscura denominada umbral.
Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, es el responsable de que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un número de aumentos máximo.

Luz en movimiento

La primera de estas situaciones inexplicables se producía cuando la luz se emitía, se transmitía o se recibía por cuerpos o medios en movimiento. Era de esperar, según la física clásica, que la velocidad en estos casos fuese el resultado de sumar a la velocidad de la luz, la velocidad del cuerpo o del medio. Sin embargo, se encontraron varios casos en los que no era así:


En 1818, Agustín Fresnal propuso un experimento para medir la velocidad a la que la luz atravesaba un líquido en movimiento. Para ello, se haría atravesar a la luz una columna de un líquido que fluyese a una velocidad v relativa al observador. Conociendo la velocidad v' a la que se trasmite la luz a través de ese medio (a través del índice de refracción), se calculó que la velocidad total de la luz en ese fluido sería:

Sin embargo, cuando en 1851, el físico francés Hippolyte Fizeau llevó a cabo el experimento, comprobó que la velocidad a la que la luz atravesaba el líquido en movimiento no era la calculada sino:

Distorsiones espectrales


Al comparar el espectro de la luz procedente de algunos cuerpos celestes, con los espectros medidos en el laboratorio de los mismos elementos que los que contienen esos cuerpos, se observa que no son iguales, ya que las líneas espectrales procedentes del espacio están desplazadas hacia posiciones de mayor longitud de onda, es decir, hacia el lado rojo del espectro en lugares de menor energía.
Se han encontrado dos tipos diferentes de desplazamientos de líneas espectrales:
Uno, el más común, llamado desplazamiento nebular es un desplazamiento sistemático de los espectros procedentes de las estrellas y galaxias. Edwin Hubble tras estudiar el corrimiento de los espectros de las nebulosas, lo interpretó como el resultado del efecto Doppler debido a la expansión continua del universo. Gracias a esto propuso una fórmula capaz de calcular la distancia que nos separa de un cuerpo determinado analizando el corrimiento de su espectro

Espectro electromagnético

El espectro electromagnético está constituido por todos los posibles niveles de energía que la luz puede tomar. Hablar de energía es equivalente a hablar de longitud de onda; luego, el espectro electromagnético abarca, también, todas las longitudes de onda que la luz pueda tener, desde miles de kilómetros hasta fotómetros. Es por eso que la mayor parte de las representaciones esquemáticas del espectro suelen tener escala logarítmica.



El espectro electromagnético se divide en regiones espectrales, clasificadas según los métodos necesarios para generar y detectar los diversos tipos de radiación. Es por eso que estas regiones no tienen una frontera definida y existen algunos solapamientos entre ellas.

Espectro visible

De todo el espectro, la porción que el ser humano es capaz de ver es muy pequeña en comparación con las otras regiones espectrales. Esta región, denominada espectro visible, comprende longitudes de onda desde los 380 nm hasta los 780 nm. La luz de cada una de estas longitudes de onda es percibida por el ojo humano como un color diferente, por eso, en la descomposición de la luz blanca en todas sus longitudes de onda, por prismas o por la lluvia en el arco iris, el ojo ve todos los colores.