1. T.6 Física del siglo XX
1.1. Historia de la radiactividadHistoria de la radiactividad
2.2. Física nuclear: composición yFísica nuclear: composición y
estabilidad de los núcleos.estabilidad de los núcleos.
3.3. Ley de desintegración radiactivaLey de desintegración radiactiva
4.4. Reacciones nucleares. Fisión yReacciones nucleares. Fisión y
fusión nuclearfusión nuclear
5.5. Partículas elementalesPartículas elementales
6.6. Hipótesis de Planck.Hipótesis de Planck.
Cuantización de la energía.Cuantización de la energía.
7.7. Efecto fotoeléctrico.Efecto fotoeléctrico.
8.8. Dualidad onda-corpúsculo yDualidad onda-corpúsculo y
principio de incertidumbreprincipio de incertidumbre
9.9. Principios fundamentales de laPrincipios fundamentales de la
Relatividad especial.Relatividad especial.
10.10. Consecuencias: dilatación delConsecuencias: dilatación del
tiempo, contracción de latiempo, contracción de la
longitud, variación de la masalongitud, variación de la masa
con la velocidad y equivalenciacon la velocidad y equivalencia
de masa y energía.de masa y energía.
© Patricio Gómez Lesarri

2. Conferencia de Solvay, 1927

3. 1. Historia de la radiactividad

4. 1. Descubrimiento de los rayos X
Wilhelm Röntgen
• 1895:
Primera detección de un
nuevo tipo de radiación
en tubos de descarga
• 1901:
Galardonado con el
premio Nobel de Física

5. 1. Descubrimiento de la radiactividad
Henri Becquerel
• 1896:
Reconocimiento de una nueva
propiedad física en las sales de
uranio
• 1903:
Galardonado con el premio Nobel
de Física

6. 1. Descubrimiento de nuevos
elementos
Maria Sklodowska
y Pierre Curie
• 1898: aislamiento del
Polonio y el Radio
• 1903: Galardonados con
el premio Nobel de Física
• 1911: Galardonada con el
premio Nobel de
Química

7. 1. Tipos de radiactividad
Ernest Rutherford
• Dispersión en el seno de
campos magnéticos o
eléctricos
• 1908: Galardonado con el
premio Nobel de Física

8. 1. Modelos atómicos
Ernest Rutherford
• 1911: nucleo atómico formado
por protones y neutrones,
rodeado de una corteza
electrónica
• Radiactividad: emisión por parte
del núcleo de energía o
partículas

9. 2. Composición de los núcleos
Defecto de masa: diferencia de masa entre el núcleo y las
partículas que lo forman
Energía de enlace: la energía liberada en la formación del
núcleo
núcleonucleones mmm −=∆ ∑
2
.E m c= ∆

10. 2. Composición de los núcleos
Energía de enlace
por nucleón (E/A)
es máxima en los
átomos medianos,
en torno al hierro
(Z = 26)

11. 3. Radiactividad
Radiactividad: cualquier emisión energética o material
proveniente del núcleo atómico.
Estas radiaciones se caracterizan por ionizar la materia y
los gases que atraviesan, producir fluorescencia, atravesar
cuerpos opacos, etc...

12. 3. Tipos de radiactividad
o La radiactividad α está formada por partículas positivas
núcleos de helio, constituidas por dos protones y dos
neutrones. Su elevada masa les impide atravesar una hoja
de papel y su alcance en el aire es de varios centímetros.
o La radiactividad β está formada por electrones,
partículas negativas que se originan en el núcleo a partir
de la desintegración de un neutrón. Son más penetrantes
que las partículas α, pero menos ionizantes. Para evitar
la irradiación se utilizan barreras de materiales ligeros
(aluminio, metacrilato) de varios centímetros de
espesor.
o La radiación γ no es material, sino radiación
electromagnética de frecuencia muy elevada. Su efecto
ionizante es reducido, pero el alcance es muy elevado,
siendo necesaria una pared de hormigón de un metro de
grosor o una placa de plomo para detenerla.

13. 3. Actividad radiactiva
Actividad radiactiva: número de partículas emitidas (o
desintegraciones) por unidad de tiempo.
Se mide en desintegraciones por segundo (s-1), unidad
que también se denomina Bequerelio (Bq).
El valor de la actividad radiactiva expresado en
bequerelios suele ser muy elevado (del mismo orden que el
número de átomos de la muestra), por lo que se suele
utilizar un múltiplo, el Curie (Ci), equivalente a 3,67.1010
Bq.

14. 3. Ley de desintegración radiactiva
La ley de desintegración radiactiva establece que la
actividad radiactiva de una muestra es proporcional
al número total de átomos de la muestra.
La constante de proporcionalidad se llama constante
de desintegración, K, y tienen dimensiones de
tiempo-1.
tK
oeNN .−
=0.NK
dt
dN
−=

15. 3. Ley de desintegración radiactiva
Llamamos vida media a la inversa de la constante de
desintegración. Se suele representar por la letra griega tau:
τ = 1 / K. Equivale al tiempo que debe transcurrir para
que la cantidad de átomos se reduzca en un factor e =
2,718..
También se utiliza el periodo de semidesintegración o
semivida, el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de
los átomos de la muestra:
T½ = ln2. τ = ln2/K

16. 1. Fisión nuclear
o Reacciones nucleares: procesos en
los que núcleos de distintos átomos se
transforman originando nuevos
elementos.
o La fisión es una reacción nuclear de
ruptura de núcleos pesados. Fue
descubierta en 1938 por Lise Meitner,
Otto Hahn y Frederic Strassman
(Nobel de Física, 1944), que
observaron la fisión del Uranio-235
utilizando neutrones lentos:
235
U + 1
n → 141
Ba + 92
Kr + 3 1
n
o La reacción produce tres neutrones
que pueden servir para dividir tres
núcleos de uranio, dando lugar a la
reacción en cadena.

17. 4. Reactores nucleares
Enrico Fermi
• 1934: Primera reacción nuclear
controlada por neutrones
lentos, utilizando carbono para
reducir la velocidad de los
neutrones liberados y barras de
cadmio para absorberlos.
• 1938: Galardonado con el
premio Nobel de Física
• 1942: Primer reactor nuclear
• 1945: dirección del “Proyecto
Manhattan”

18. 4. Fusión nuclear
La fusión nuclear es un
proceso en el que núcleos
pequeños se unen formando
otros mayores.
1929: Fritz Houtermans y
Robert Atkinson explicaron
el origen de la energía que
desprenden las estrellas: la
fusión de dos núcleos de
hidrógeno para formar helio.
La fusión nuclear también es
el proceso que se produce en
la bomba de hidrógeno.

19. 5. Partículas elementales
o Quarks: componentes
básicos de la materia
o Hadrones: formados
por tres quarks (protones
y neutrones)
o Leptones: partículas
básicas (electrones)
o Bosones: partículas
portadoras de un tipo de
interacción

20. 6. Hipótesis cuántica de Planck
1900
La materia no absorbe o
emite energía de forma
continua, sino en paquetes,
cantidades mínimas
(cuantos de energía) o
múltiplos de ellas”
E = n. hν
h = 6,63.10-34
J.s

21. 7. Efecto fotoeléctrico
Emisión de electrones
por la superficie de un
metal cuando es
iluminado mediante luz
visible o ultravioleta

22. 7. Características
o la producción del efecto
fotoeléctrico depende de que la
radiación sobrepase una frecuencia
umbral, característica de cada
metal
o el aumento de la intensidad
luminosa no consigue emitir
electrones si la radiación tiene una
frecuencia inferior a la umbral
o la energía cinética de los electrones
emitidos es proporcional a la
frecuencia de la radiación
o el número de electrones emitidos
depende de la intensidad de la
onda, pero no la energía cinética
máxima

23. 7. Explicación de Einstein (1905)
o La luz estaba formada por partículas
(fotones) cuya energía se expresaba
mediante la ecuación de Planck.
o El efecto fotoeléctrico se produce
mediante la interacción entre un
fotón y un electrón: parte de la
energía del primero se emplea en
sacarlo del átomo y el resto equivale
a la energía cinética del electrón.
Efotón = Wextracción + Ec
⇒ hν = hνo + ½m.v2

24. 8. Dualidad onda-corpúsculo
o Enunciado por L. De
Broglie en 1923
o Toda partícula tiene una
onda asociada cuya longitud
de onda viene dada por:
λ = h / p

25. 8. Principio de incertidumbre
o Enunciado por W. Heisenberg en 1927,
es la piedra angular sobre la que se
asienta la Mecánica Cuántica.
o “Es imposible determinar
simultáneamente y con total precisión la
posición y velocidad de una partícula”
o “El producto de la indeterminación de la
posición y el momento es mayor que h /
4π”
∆r.∆p ≥ h / 4π
o La consecuencia principal de este
principio es que no se puede determinar
exactamente la posición del electrón, sino
la probabilidad de encontrarlo en un
instante en una posición dada.

26. 9. Teoría de la Relatividad Restringida
o Todas las leyes de la
Física son equivalentes
en cualquier sistema de
referencia inercial
o La velocidad de la luz en
el vacío, c, es una
constante física,
independiente del
movimiento del
observador

27. 9. Teoría de la Relatividad Restringida
Transformación de Galileo
u = u´ + v
Transformación de Einstein
¿ c = c´ ?
2
´.
1
´
c
vu
vu
u
+
+
=

28. 10. Consecuencias de la teoría de la
Relatividad
o Transformaciones de
Lorentz
o Relatividad de la
simultaneidad
o Dilatación del tiempo
o Contracción de la
longitud

29. 10. Transformaciones de Lorentz
( ) )..(.
1
1
´
2
2
tvxtvx
c
v
x −=−
−
= γ






−=





−
−
= 22
2
2
.
.
.
1
1
´
c
xv
t
c
xv
t
c
v
t γ
yy =´
zz =´

30. 10. Relatividad de la simultaneidad
Dos sucesos son
simultáneos para un
observador, pero no para
otro

31. 10. Dilatación (atraso) del tiempo
´.tch = 2
22222
1...
c
vtctvtch −=−=
oo tt
c
v
t .γ=
−
=
2
2
1
1

32. 10. Contracción de la longitud
γ
o
o
l
l
c
vl =−= .2
2
1
La longitud medida por un
observador depende de su
estado de movimiento

33. 10. Experimento de los muones
Presentación
© David M. Harrison
Película
oo tt
c
v
t .γ=
−
=
2
2
1
1

34. 10. Dinámica relativista
v
c
v
m
p o
.
1 2
2
−
=
La inercia aumenta con
la velocidad

35. 10. Dinámica relativista
E = m.c2
Conversión masa-energía
22422
.. cpcmE o +=

36. Bibliografía
o http://eltamiz.com/relatividad-sin-
formulas/
o http://mundorelativista.blogspot.co
m/
o http://www.iac.es/cosmoeduca/rela
tividad/
o http://www.omerique.net/fisica2005
/relatividad.html
o http://www.tic-lectoescritura-
nee.net/averroes/html/adjuntos/20
08/03/17/0001/contraccion.html
o http://www.uam.es/personal_pdi/ci
encias/jcuevas/Teaching/relatividad-
tema2.pdf