FísicaMedioProblema · 2,5 pts
Efecto fotoeléctrico y cuantización
También trata: Radiactividad y desintegración · Núcleo atómico y reacciones nucleares
Andalucía · 2025 · Reserva 1
Enunciado
a) Razone, indicando los principios en los que se basa, si las siguientes reacciones nucleares son posibles:b1) Una luz ultravioleta de longitud de onda incide sobre una superficie metálica. En estas condiciones, el potencial de frenado que detiene la emisión de fotoelectrones es de . Calcule razonadamente: i) (0,5 puntos) la energía cinética máxima de los fotoelectrones; ii) (0,5 puntos) el trabajo de extracción de dicha superficie; iii) (0,5 puntos) la longitud de onda umbral del metal.
Datos: ; ; .
b2) Los rayos cósmicos bombardean al en la atmósfera que, por reacción nuclear, producen el isótopo radiactivo . Este isótopo tiene un periodo de semidesintegración de años. Se mezcla uniformemente en la atmósfera y es captado por las plantas en su crecimiento. Después de que muera una planta, el C-14 decae en los años siguientes. ¿Cuál es la antigüedad de un pedazo de madera encontrado en un yacimiento arqueológico que tiene el del contenido original de C-14?
Datos: ; ; .
b2) Los rayos cósmicos bombardean al en la atmósfera que, por reacción nuclear, producen el isótopo radiactivo . Este isótopo tiene un periodo de semidesintegración de años. Se mezcla uniformemente en la atmósfera y es captado por las plantas en su crecimiento. Después de que muera una planta, el C-14 decae en los años siguientes. ¿Cuál es la antigüedad de un pedazo de madera encontrado en un yacimiento arqueológico que tiene el del contenido original de C-14?
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Resultado
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Estrategia
En a) hay que comprobar las dos leyes de conservación que rigen toda reacción nuclear: número másico y número atómico . Basta sumar arriba y abajo a cada lado.
En b1) el potencial de frenado da directamente la energía cinética máxima; después, la ecuación de Einstein da y la longitud de onda umbral.
En b2) es datación por carbono-14: se conoce la fracción que queda y se despeja el tiempo en la ley exponencial.
En b1) el potencial de frenado da directamente la energía cinética máxima; después, la ecuación de Einstein da y la longitud de onda umbral.
En b2) es datación por carbono-14: se conoce la fracción que queda y se despeja el tiempo en la ley exponencial.
2
Desarrollo
a) En toda reacción nuclear se conservan el número másico (superíndices) y el número atómico (subíndices), además de la energía y la cantidad de movimiento.
i) Está ajustada: la reacción es posible desde el punto de vista de las leyes de conservación.
ii) No se conservan ni el número másico (sobra un nucleón a la derecha) ni el número atómico (sobra una unidad de carga), así que la reacción no es posible tal como está escrita. La reacción real de Rutherford produce un solo protón: .
b1) i) Energía cinética máxima a partir del potencial de frenado:(es decir, ).
ii) Energía del fotón incidente:Trabajo de extracción (ecuación de Einstein):es decir, .
iii) Longitud de onda umbral:Coherente: , por eso hay emisión.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)i) Está ajustada: la reacción es posible desde el punto de vista de las leyes de conservación.
ii) No se conservan ni el número másico (sobra un nucleón a la derecha) ni el número atómico (sobra una unidad de carga), así que la reacción no es posible tal como está escrita. La reacción real de Rutherford produce un solo protón: .
b1) i) Energía cinética máxima a partir del potencial de frenado:(es decir, ).
ii) Energía del fotón incidente:Trabajo de extracción (ecuación de Einstein):es decir, .
iii) Longitud de onda umbral:Coherente: , por eso hay emisión.
b2) Ley de desintegración:Queda el , es decir, :Casi años, algo más de tres periodos de semidesintegración (comprobación rápida: tres periodos dejarían un , y aquí queda menos).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)3
Consejo
En a) no basta con decir "sí" o "no": hay que escribir las sumas de y a los dos lados. Eso es lo que se corrige.
En b2), si trabajas en años, el tiempo sale en años; no hace falta pasar nada a segundos. Y comprueba el orden de magnitud con la regla de las mitades: ...
Paso 1 de 3
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