Física

Física nuclear: Fuerza nuclear y energía de los edificios

Por Rodrigo Ricardo

¿Qué es la física nuclear?

La física nuclear es un campo de la física que se centra en las interacciones de los núcleos atómicos y las partículas que los componen. La física nuclear ayuda a explicar las reacciones nucleares, incluida la fusión en el Sol, la fisión en las centrales nucleares y la radiactividad. La física nuclear también tiene muchas aplicaciones, incluida la energía nuclear, la medicina nuclear, las armas nucleares y la datación por radiocarbono. El campo incluso condujo al desarrollo de la física de partículas. La fuerza nuclear (también conocida como fuerza fuerte ) es la fuerza que mantiene unido el núcleo y se explica por la física nuclear.

Un conocimiento previo importante para comprender la física nuclear es que la masa y la energía son equivalentes. La famosa ecuación que describe esto, derivada por Albert Einstein, es E = mc-cuadrado. Muestra cómo la masa tiene una cantidad equivalente de energía y viceversa. De hecho, más que eso, la energía y la masa son realmente la misma cantidad vista desde una perspectiva diferente.

Muchas reacciones nucleares implican una liberación de energía. Por ejemplo, la fusión , en el Sol, implica combinar núcleos pequeños en otros más grandes, y la fisión , en las centrales eléctricas, ocurre cuando los núcleos grandes se descomponen en núcleos más pequeños. Siempre que esto sucede, la masa se convierte en energía.

Energía vinculante y reacciones nucleares

En estos días, conocemos las masas de muchas partículas. Conocemos las masas de protones, neutrones y electrones. Y conocemos las masas de los elementos más conocidos de la tabla periódica.

Pero a veces esos números pueden parecer difíciles de explicar. Resulta que la masa total de las cosas de las que está hecho un átomo, por ejemplo, 2 protones, 2 electrones y 2 neutrones, no es la misma que la masa del átomo en sí. La masa de un átomo no es igual a la masa de sus partes constituyentes. Pero, ¿cómo es posible? A primera vista, esto parecería desafiar la lógica.

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La razón es que cuando juntamos un átomo, se libera energía. Y a la inversa, cuando desmontas un átomo, tienes que gastar energía para que suceda. Dado que la energía y la masa son en realidad la misma cosa, esto significa que un átomo ensamblado tendrá menos masa que un átomo desensamblado. La diferencia entre estas dos cifras se llama defecto de masa , o en unidades de energía, en cambio, se llama energía de enlace . Se define como la energía necesaria para desmontar un sistema completo en partes separadas.

Cuando las reacciones nucleares liberan energía, es porque había una diferencia entre la energía de enlace de las cosas con las que comenzó y la energía de enlace de las cosas con las que terminó. Si las cosas con las que terminas tienen menos energía de enlace total, entonces se liberará energía en la reacción nuclear.

Resulta que el hierro es el átomo más estable de la tabla periódica, o en otras palabras, es el átomo con el estado de energía más bajo. Los átomos más ligeros que el hierro liberan energía cuando se fusionan; esto se llama fusión nuclear . Ocurre en el Sol y otras estrellas. Los átomos más pesados ​​que el hierro liberan energía cuando se rompen, y esto se llama fisión nuclear . Ocurre en las centrales nucleares. Este gráfico que muestra la energía de enlace lo ilustra. Cualquier reacción que te acerque al hierro liberará energía.


Gráfico de energía de enlace
Gráfico de energía de enlace

Resumen de la lección

La física nuclear es un campo de la física que se centra en las interacciones de los núcleos atómicos y las partículas que los componen. La física nuclear ayuda a explicar las reacciones nucleares, incluida la fusión en el Sol, la fisión en las centrales nucleares y la radiactividad. La fuerza nuclear (también conocida como fuerza fuerte ) es la fuerza que mantiene unido el núcleo y se explica por la física nuclear.

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Comprender la física nuclear significa comprender que la masa y la energía son equivalentes entre sí. La famosa ecuación que describe esto, derivada por Albert Einstein, es E = mc-cuadrado. Cuando juntas un átomo, se libera energía. Y a la inversa, cuando desmontas un átomo, tienes que gastar energía para que suceda. Dado que la energía y la masa son en realidad la misma cosa, esto significa que un átomo ensamblado tendrá menos masa que un átomo desensamblado. Esta diferencia entre estas dos figuras se llama defecto de masa , o en unidades de energía, se llama energía de enlace . Se define como la energía necesaria para desmontar un átomo completo en partes separadas.

Cuando las reacciones nucleares liberan energía, es porque había una diferencia entre la energía de enlace de las cosas con las que empezó y la energía de enlace de las cosas con las que terminó. El hierro tiene la mayor energía de enlace y, por lo tanto, es el átomo más estable. Los átomos más livianos que el hierro liberan energía cuando se fusionan, y esto se llama fusión nuclear . Ocurre en el Sol y en otras estrellas. Los átomos más pesados ​​que el hierro liberan energía cuando se rompen. Y esto se llama fisión nuclear y ocurre en las plantas de energía nuclear.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado, debería poder:

  • Identificar el enfoque de la física nuclear
  • Recuerda que la masa es igual a la energía.
  • Compare la fusión nuclear y la fisión y explique dónde ocurren
  • Explicar la energía de enlace y su efecto sobre el peso de un átomo.
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