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Aprendizajes Esperados
Aprendizajes Esperados
Comparar el fenómeno ondulatorio entre ondas electromagnéticas y ondas mecánicas, reconociendo la importancia de su uso en el desarrollo tecnológico.
Describir los constituyentes del átomo, su descubrimiento y la evolución de la teoría atómica.
Comprender y analizar el comportamiento que poseen las sustancias radiactivas y los efectos que genera el uso de la energía nuclear.
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Definiciones y Propiedades
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Espectro de Ondas Electromágnéticas
Espectro de Ondas Electromágnéticas
Este tipo de ondas, son la consecuencia de la aceleración de electrones al interior de los alambres conductores dándole un movimiento oscilatorio. Se generan por dispositivos tales como osciladores LC. Se utilizan en sistemas de comunicación como radio y televisión.
Emisiones de radio de corta longitud de onda, comprendida entre 1mm y 30cm- las que son, comúnmente utilizadas en dispositivos electrónicos. Debido a su corta longitud de onda, son muy utilizadas en los sistemas de radar en la navegación aérea y en el estudio de las propiedades atómicas y moleculares de la materia. Se producen en oscilaciones dentro de un magnetrón, cavidad resonante formada por dos imanes de disco en los extremos, donde los electrones emitidos por el cátodo son acelerados, originando los campos electromagnéticos oscilantes de la frecuencia de microondas.Los hornos de microondas utilizan ondas de estas longitudes y el mismo principio de los sistemas de comunicación; las ondas, que son generadas por un magnetrón, hacen vibrar y rotar las moléculas de agua; produciendo calor. Como los alimentos están constituidos principalmente por agua, la vibración de las moléculas de este líquido, permite que los alimentos se calienten.
La utilización de las microondas en los sistemas de radiodifusión obedece a que estas atraviesan la atmósfera con mayor facilidad que las ondas de mayor longitud, reduciendo, de esta forma, las interferencias. Los sistemas de televisión por cable y acceso a Internet, vía cable coaxial utilizan algunas de las frecuencias más bajas de microondas.
Todo cuerpo, por el solo hecho de estar a cierta temperatura, irradia calor, por lo que este tipo de radiación es producida por cuerpos calientes, y absorbida por los cuerpos expuestos a ella. La energía que absorbe una sustancia aparece como calor, ya que excita a los átomos del cuerpo, aumentando sus vibraciones o movimiento de traslación, lo que genera un aumento de la temperatura. La radiación infrarroja tiene múltiples aplicaciones prácticas, incluyendo su uso en medicina con propósitos terapéuticos.
Este tipo de onda electromagnética es la que percibimos como luz visible. El espectro visual corresponde al conjunto de colores que van desde longitudes correspondientes al violeta () hasta el rojo (
)
Este tipo de radiación es el principal componente de la radiación solar. Corresponde a longitudes de onda que fluctúan desdehasta
. Los átomos y moléculas sometidos a descargas eléctricas producen radiación ultravioleta.
El Sol es una fuente poderosa de luz ultravioleta, principal responsable de los bronceados solares. Casi toda la luz ultravioleta que nos llega del sol es absorbida por los átomos de la atmósfera superior o estratosfera. Un importante componente de la estratosfera es el ozono (03) que nos protege de estas radiaciones, peligrosas para nuestra salud. Es importante, especialmente en verano, no sobreexponerse a la radiación solar.
Son ondas electromagnéticas descubiertas accidentalmente por Röntgen, mientras estudiaba los rayos catódicos. Sus longitudes de onda fluctúan en un rango aproximadode
hasta
. Su fuente más común es la desaceleración de electrones de alta energía.
os rayos X han sido de gran importancia en medicina para diagnosticar enfermedades tanto en huesos como en tejidos blandos, permitiendo detectar neumonías, edemas pulmonares, entre otras patologías. Debido a que los huesos absorben mucho más radiación que los tejidos blandos y a la gran energía de los fotones de los rayos X, estos resultan muy peligrosos para los organismos vivos, por lo que se debe evitar la exposición innecesaria.
Son ondas electromagnéticas emitidas por núcleos radiactivos, como los de cobalto y cesio. Poseen longitudes de onda que van desdea menos de
. Son un componente de la radiación cósmica y tienen especial interés en astrofísica. La enorme energía de los fotones gamma los hace especialmente útiles para destruir células cancerosas. Pero son también peligrosos para los tejidos sanos, por lo que su manipulación requiere de un buen blindaje protector.
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El átomo
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Emisiones Radioactivas
Emisiones Radioactivas
Corresponden a las partículas formadas por dos protones y dos neutrones. Poseen una masa de 4 uma y una carga igual a +2., siendo idéntica a un núcleo de Helio. Se representa mediante:
.
Las partículas alfa poseen un gran poder ionizante, es decir, al chocar con los electrones periféricos de un átomo, pueden arrancarlos, provocando que el átomo se ionice.
Constituidos por haces de partículas que se representan por
y son idénticos a los electrones, es decir, partículas de carga -1. Son 7000 veces más pequeños que las partículas alfa y viajan a velocidad cercana a la de la luz, atributo que les permite atravesar la malla de núcleos y electrones Existen dos tipos de desintegración beta:
Cuando un neutrón se convierte en un protón, emitiendo un antineutrino y una partícula beta cargada negativamente.
Cuando un protón se convierte en un neutrón, emitiendo un neutrino y una partícula beta positivamente cargada. Las partículas beta positivas se llaman positrones, y las negativas electrones. Después de la desintegración, el núcleo del átomo contiene un protón más o menos, por lo que constituye un elemento nuevo, con número atómico distinto.
Su radiación es distinta a la de alfa y beta. Es de naturaleza electromagnética similar a la luz, pero de contenido energético mayor. Estos rayos (fotones de alta energía) son emitidos por el núcleo de un átomo tras sufrir una desintegración radiactiva. La energía del rayo gamma (generalmente similar a la de los rayos X de alta energía) corresponde a la diferencia de energías entre el núcleo original y los productos de la desintegración. Cada isótopo radiactivo emite rayos gamma con una energía característica.
Autoevaluaciones
Pregunta Nº 1
Complete el siguiente recuadro:
Un átomo eléctricamente neutro es aquel que posee el mismo número de protones y electrones. Otra característica importante del átomo es su masa o peso atómico. El número de protones (Z) determina el número atómico y es constante para cada elemento, es decir, lo define. El número de neutrones puede variar, por lo tanto su número másico (A): suma de protones y neutrones, puede variar. La notación empleada es la siguiente:
De acuerdo a lo anterior, podemos completar la tabla con las siguientes cifras:
Pregunta Nº 2
¿En que se diferencia la fisión de la fusión nuclear?
Los procesos de fisión y fusión nuclear son inversos. Mientras la fisión nuclear genera energía mediante la división de núcleos de átomos, el proceso de fusión nuclear libera energía cuando dos núcleos se fusionan para formar un nuevo átomo.
Entre las principales diferencias y características de ambos procesos se encuentran:
La reacción de fusión genera del orden de 4 veces más energía que la fisión.
La reacción nuclear de fusión no contamina tanto como la de fisión, eliminado el peligro de los residuos radioactivos.
La fisión necesita como materia prima, un elemento de difícil producción, como es el Uranio enriquecido.
Pregunta Nº 3
Enuncie tres postulados del modelo atómico de Bohr
Los postulados de Neils Bohr indican que:
Los electrones orbitan el átomo en niveles discretos y cuantizados de energía, es decir, no todas las órbitas están permitidas, tan solo un número finito de estas.
Los electrones pueden saltar de un nivel electrónico a otro sin pasar por estados intermedios.
El salto de un electrón de un nivel cuántico a otro implica la emisión o absorción de un único cuanto de luz (fotón), cuya energía corresponde a la diferencia de energía entre ambas órbitas.
Las órbitas permitidas tienen valores discretos o cuantizados del momento angular orbital L, de acuerdo con la siguiente ecuación:
Pregunta Nº 4
Suponga hipotéticamente que el período de semi-desintegración de una sustancia es de 4seg. ¿Cuánto tiempo tardará en reducirse el número de átomos de 120 a 15?
El período de semi-desintegración corresponde al tiempo requerido por el elemento para decaer a la mitad de su cantidad original, es decir, el tiempo necesario para que el número de átomos sea la mitad de la cantidad inicial.
En caso supuesto, el número total de átomos es de 120 y su período de vida media es de cuatro segundos, entonces, a los primeros cuatro segundos quedarán 60 átomos sin desintegrar, a los 8seg habrá 30 y a los 12seg quedarán 15 átomos sin desintegrar. En consecuencia, se tardará 12 segundos en reducir de 120 a 15 átomos.
Pregunta Nº 5
¿Por qué razón una mujer embarazada debe informar al radiólogo de su estado, en forma previa a la toma de una radiografía.
Si bien la gran mayoría de los exámenes radiológicos no constituyen un riesgo para el feto en desarrollo, podría haber una pequeña probabilidad de que causen una enfermedad grave u otra complicación. El riesgo depende de la etapa del embarazo y del tipo de rayos X. Los estudios de ultrasonido, por ejemplo, no usan rayos X, y nunca se ha demostrado que tengan potencial de ser peligrosos para el embarazo. Los estudios radiológicos de la cabeza, brazos, piernas y tórax, en general, no exponen directamente al bebé a los rayos X, y el tecnólogo que hace el examen toma precauciones especiales para asegurar que el bebé de la paciente embarazada no quede expuesto directamente.
Ejercicios
Ejercicio Nº 1
Una onda electromagnética difiere de una onda mecánica en que:
I.- Las ondas mecánicas requieren de un medio material para su propagación, no así las electromagnéticas.
II.-Las ondas mecánicas pueden ser de tipo longitudinal o transversal, en cambio las electromagnéticas solo son de tipo transversal.
III.- La velocidad de propagación es mayor en las ondas electromagnéticas que en las mecánicas.
a) Solo I
b) Solo II
c) Solo I y II
d) Solo II y III
e) Todas las anteriores
Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material, es decir, se pueden propagar a través del espacio vacío. Estas ondas viajan a una velocidad aproximada de 300.000 km/s, velocidad inalcanzable para las ondas mecánicas. Las ondas electromagnéticas son la consecuencia de la interacción de los campos eléctricos y magnéticos oscilatorios que son perpendiculares entre sí y a su vez, perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; esto significa que las ondas electromagnéticas son de naturaleza transversal, en cambio las ondas mecánicas, pueden ser longitudinales, como el sonido o transversales, como las que se producen en la superficie del agua.
Respuesta correcta: Alternativa E.
Ejercicio Nº 2
¿Cuál de las siguientes expresiones es INCORRECTA respecto a las ondas electromagnéticas?:
a) Corresponden a la interacción de un campo magnético con uno eléctrico.
b) La mayor velocidad se alcanza en las ondas ultravioletas y la menor en las infrarrojas.
c) Los campos magnéticos y eléctricos son perpendiculares entre sí.
d) Su propagación es perpendicular a la dirección de los campos magnéticos y eléctricos.
e) Una onda electromagnética difiere de otra, por su frecuencia y su longitud de onda.
Las ondas electromagnéticas son semejantes, solo difieren en su longitud de onda y su frecuencia
, las que se relacionan por la expresión
. Sus longitudes de onda van desde billonésimas de metro hasta muchos kilómetros. La radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas, como es el caso de la radiación gamma) hasta frecuencias muy bajas (onda corta de radio y onda larga). La luz visible es solo una pequeña parte del espectro electromagnético Lo anterior nos indica que el espectro es más amplio en las radiaciones infrarrojas y ultravioletas.
Respuesta correcta: Alternativa B.
Ejercicio Nº 3
¿Cuál de las siguientes secuencias de ondas electromagnéticas corresponde a un orden de frecuencia creciente?:
a) Microondas – luz visible – rayos X.
b) Rayos gamma – luz infrarroja – microondas.
c) Rojo – verde – amarillo.
d) Ondas de radio – luz infrarroja – rayos X.
e) Luz visible – infrarrojo – ultravioleta.
En la figura, se visualiza el orden de frecuencias de las ondas electromagnéticas, por lo tanto, el orden correcto corresponde a Ondas de radio, Luz infrarroja y rayos X.
Respuesta correcta: Alternativa D.
Ejercicio Nº 4
El concepto de átomo tiene su origen en el periodo de los grandes filósofos griegos y se le atribuye a:
a) Demócrito.
b) Thales de Mileto.
c) Aristóteles.
d) Platón.
e) Sócrates.
Demócrito fue un filósofo contemporáneo de Sócrates al que se le considera el último representante de los presocráticos. Según su pensamiento filosófico (atomista), la materia está constituida por pequeñísimas partículas, llamadas átomos, que son cualitativamente iguales, pero difieren entre sí por la figura y el peso. Al lado de los átomos, se encuentra un espacio vacío, concebido como un espacio inmaterial, sin el el cual no podría producirse el movimiento evidente. En consecuencia, la idea de átomo es atribuida a Demócrito.
Respuesta correcta: Alternativa A.
Ejercicio Nº 5
El clásico experimento de Rhuterford, consistente en bombardear una lámina de oro con partículas alfa, tenía como propósito determinar:
a) Si el átomo era una estructura formada por partículas eléctricas positivas y negativas.
b) Si era posible romper el átomo para separar la parte positiva de la negativa.
c) Si el oro tenía un comportamiento similar a otros metales frente a las emisiones alfa.
d) Si las partículas alfa tenían la capacidad de romper el átomo.
e) Si el modelo atómico de Thomson era correcto.
Según el modelo de Thomson, las partículas deberían atravesar la lámina de oro sin ser desviadas, obteniéndose una imagen limpia de la trayectoria. Sin embargo, los resultados no fueron los esperados; a pesar de que la mayoría de las partículas atravesaban la lamina sin ser desviadas, había un número apreciable de ellas que se desviaban e incluso, algunas rebotaban.
Rutherford concluyó que el átomo no podía ser como Thomson pensaba, sino que debía tener un núcleo de gran peso y de carga positiva, capaz de desviar el haz de partículas positivas lanzadas contra la lámina de oro.
Respuesta correcta: Alternativa E.
Ejercicio Nº 6
¿Cuál(es) de las siguientes ideas contenidas en los postulados de Bohr no está(n) contemplada(s) en el modelo de Rutherford?:
I.- El átomo posee un núcleo de carga positiva y una corteza de carga negativa.
II.- Mientras un electrón se mueva sobre una de sus órbitas, no emitirá energía.
III.- Los electrones no pueden moverse sobre una orbita cualquiera.
IV.- Los electrones saltan esporádicamente de un nivel a otro.
a) Solo I y II
b) Solo II y III
c) Solo III y IV
d) Solo II , III y IV
e) Todas las anteriores
La idea de que el átomo estaba constituido por partículas positivas y negativas ya estaba considerada en los modelos anteriores.
Uno de los problemas no solucionados por Rutherford es que los electrones, al emitir energía, debieran colapsar sobre el núcleo en breves instantes de tiempo. Según Bohr, cuando el electrón se mueve sobre una de sus órbitas, no irradia energía; asimismo, podrá saltar espontáneamente de una órbita a otra más cercana al núcleo. Luego, las ideas II, III y IV constituyen nuevos aportes a la teoría atómica. . Por lo tanto la alternativa correcta es D.
Respuesta correcta: Alternativa D.
Ejercicio Nº 7
Según el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, formulado por Werner Heisenberg, podemos afirmar que:
a) Toda medición es imprecisa por errores instrumentales.
b) Las mediciones efectuadas en el nivel subatómico son imprecisas, porque corresponden a partículas muy pequeñas.
c) No se puede determinar simultáneamente y con precisión exacta, ciertos pares de variables físicas.
d) El desarrollo tecnológico contemporáneo ha logrado eliminar las imprecisiones a las que se refiere Heisenberg.
e) Todas las anteriores.
En mecánica cuántica, el principio de indeterminación de Heisenberg afirma que no se puede determinar, simultáneamente y con precisión exacta, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y la cantidad de movimiento de un objeto dado. En palabras sencillas, cuanta mayor certeza se busca en la determinación de la posición de una partícula, menos se conoce su cantidad de movimiento lineal.
El principio de incertidumbre es inherente al universo, no al experimento ni a la sensibilidad del instrumento de medida.
Respuesta correcta: Alternativa C.
Ejercicio Nº 8
La expresión , indica que:
a) EL átomo posee 35 subpartículas atómicas.
b) El número atómico es 17.
c) El número de neutrones es 17.
d) El número de electrones es 18.
e) El número másico es 18.
El número de protones (Z) determina el número atómico y es constante para cada elemento, es decir, lo define. El número de neutrones puede variar, por lo tanto, su número másico A, que corresponde a la suma de protones y neutrones también puede variar. La notación empleada es la siguiente: .
Luego, significa que el número atómico Z es 17 y su número másico A=35=Z+nº neutrones, entonces
posee 18 neutrones. Por otra parte, al ser el átomo eléctricamente neutro, el número de electrones corresponde al número de protones, es decir, 17 electrones.
Respuesta correcta: Alternativa B.
Ejercicio Nº 9
Los rayos alfa se caracterizan por:
a) Tener una gran capacidad de ionización.
b) Ser muy livianos y viajar prácticamente a la velocidad de la luz.
c) Ser de naturaleza electromagnética.
d) Estar constituidos por positrones y electrones.
e) Ninguna de las anteriores.
Los rayos alfa corresponden a partículas formadas por dos protones y dos neutrones. Poseen una masa de 4 uma y una carga igual a +2., siendo idéntica a un núcleo de Helio. Se representa mediante:. Lo anterior, permite establecer que son de gran peso y de carga eléctrica positiva. Estas partículas poseen un gran poder ionizante, es decir, al chocar con los electrones periféricos de un átomo, pueden arrancarlos, provocando que el átomo se ionice. Por lo tanto, la alternativa correcta es A.
Respuesta correcta: Alternativa A.
Ejercicio Nº 10
El período de semi-desintegración radiactiva corresponde a:
a) El promedio de vida de un átomo radiactivo.
b) El tiempo que tarda una muestra radiactiva en desintegrarse.
c) El tiempo necesario para que el número de átomos se reduzca a la mitad de la cantidad inicial.
d) La velocidad con que ocurre una desintegración radiactiva.
e) Todas las anteriores.
Aunque las diversas afirmaciones se relacionan con el concepto de período de semi-desintegración, este concepto específico está asociado al tiempo requerido por el átomo para decaer a la mitad de su cantidad original, es decir, el tiempo necesario para que el número de átomos sea la mitad de la cantidad inicial. Matemáticamente se expresa por con λ: constante de desintegración.
Además, el período de semi-desintegración es aproximadamente el 69,3% de la vida media.
Respuesta correcta: Alternativa C.