Fundamentos de Física Moderna: De la Relatividad a la Energía Nuclear

Consecuencias de la Mecánica Relativista

• Velocidad invariable: La velocidad de la luz es constante.
• Espacio y tiempo relativos: Dependen del sistema de referencia.
• Masa dependiente de la velocidad: Cuando la velocidad (v) tiende a la velocidad de la luz (c), la masa tiende a infinito.
• Equivalencia masa-energía: La masa se transforma en energía.

Efecto Fotoeléctrico

La luz presenta una dualidad onda-partícula, comportándose como ambas según el fenómeno observado.

Espectros Atómicos y Cuantización

Las órbitas de los electrones están cuantizadas. En el núcleo existen varios niveles de energía y el electrón solo puede estar estable en uno de ellos. En su órbita, el electrón no absorbe ni emite energía; al saltar de un nivel superior a uno inferior, absorbe energía.

Hipótesis de Planck y de Broglie

Hipótesis de Planck

Demostrada y utilizada para explicar la radiación de cuerpo negro. Establece que la radiación electromagnética está cuantizada y que cada fotón posee un valor energético definido.

Hipótesis de De Broglie

Propone la dualidad onda-corpúsculo de las partículas. Explica fenómenos como la producción de interferencias y la difracción de electrones. Introduce el concepto de orbital en lugar de órbita, ya que no se puede conocer simultáneamente la posición y la velocidad con precisión.

Radiactividad y Desintegración

Las leyes de desplazamiento radiactivo de Soddy y Fajans describen los procesos de emisión (He, B, N). Conceptos clave:

• Constante de desintegración (λ): Probabilidad de que un átomo se desintegre.
• N: Número de átomos radiactivos remanentes.
• A (Velocidad de desintegración): Número de átomos que se desintegran por segundo.
• Periodo de semidesintegración: Tiempo necesario para que una muestra se reduzca a la mitad.

Fisión y Fusión Nuclear

Fisión Nuclear

División de un núcleo pesado en otros más ligeros. Puede ser espontánea (radiactividad natural) o provocada por el bombardeo del núcleo con partículas (reactores nucleares). La fisión del uranio-235 requiere enriquecimiento, es peligrosa y genera residuos. Se utilizan controladores y moderadores de neutrones para evitar una reacción en cadena descontrolada.

Fusión Nuclear

Combinación de núcleos ligeros para formar otros más pesados. Es el proceso que ocurre en el Sol y las estrellas, donde se forman los elementos hasta el uranio. La fusión del hidrógeno sería una fuente de energía inagotable, limpia y segura, aunque actualmente no es eficiente energéticamente.

Fuerzas Fundamentales de la Naturaleza

• Gravitación: Mediada por el gravitón (masa).
• Fuerza fuerte: Mediada por el gluón (color).
• Electromagnetismo: Mediado por el fotón (carga).
• Fuerza débil: Mediada por los bosones W+/W-/Z (sabor).