FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR

Fisión nuclear

La fisión es la división de un nucleu atómico pesado (Uranio, plutonio, etc.)en dos o más fragmentos causado por el bombardeo de neutrones, con liberación de una enorme cantidad de energía y varios neutrones.

Cuando la fisión tiene lugar en un átomo de Uranio 235se obserba su triple fenómeno;

- Aparace una cantidad de energía, elevada en 200MeV que traduce la perdida de masa.

- Los produntos de ruptura (300 o´400)son radiactivos. Su presencia expleca los efectos de explosión de un artefacto nuclear.

- Cada nucleo fisionado emite 2 ó 3 neutrones que provocan el fenómeno de reacción en cadena y explican la noción de la masa crítica.

Se observa el mismo fenómeno de fusión en el plotinio 239 (artificial) y en el Uranio 233 (artificial). Ambos se fabrican a partir del Torio. Los nucleos se denominan nucleos flexibles.

Para que se produzca la fisión hace falta que el neutrón incidente reuna unas condiciones determinadas. Para actuar sobre el Uranio 235 y 233 y el Plutonio 239, el neutron ha de ser un neutron termicocuyaenergía es de la orden 1/40 eV, lo cual responde a una velocidad de 2 Km/s. El Uranio 238es igualmente fisible pero con neitrones rápidos cuya energía es 1MeV.

Fusión nuclear

La fusión de determinados núcleos de elementos ligeros es uno de los dos orígenes de energía nuclear, siendo la otra, la antes citada.

En la fusión intervienen los isótopos de hidrógeno (deuterio, tritio). Cuando se fusionan los nucleos de dichos isótopos se observa la aparición de energía que procede de la perdida de de masa, de acuerdo con la relación de Einstein E=m.c2.

La fusión de los átomos ligeros presenta dificultades especiales tanto desde el punto de vista teórico como del tecnológico. Esto ocurre por estar los nucleos cargados positivamente.

La fusión y la fisión nuclear

Encontrar recursos energéticos casi inagotables, baratos y no contaminantes ha sido un afán del hombre casi desde el primer momento.

El gran salto cuantivo lo dió el descubrimiento, hacia el año 1938-1939, es decir, la separación del nucleo de un átomos en otros elementos , liberaba gran cantidad de energía.

Desgraciadamente esta energía, a pesar de su rendimiento, es también altamente peligrosa- recerdese que uno de el militar en Hiroshima y Nagasaki, y el desastre de Chernobil-. La alternativa del futuro es la fusión nuclar. Las diferencias entre la fisión y la fusión nuclear son;

Por la fusión nuclear, un nucleo pesado como el Uranio 235, es dividido generalmente en dos nucleosmás ligeros debido a la colisión de un neutron (recordemos que un átomo se compone de electrones, neutrones y protones). Como el neutron no tiene carga electrica atraviesa facilmente el nucleo del Uranio. Al dividirse este, libera más neutrones que colisionan con otros átomos de Uranio creando la conocida reacción en cadena de gran poder radiactivo y energético. Esta reacción se produce a un ritmo muy acelerado en las bombas nucleares, pero es controlado para usos pacíficos.

Por contra, la fusión es la unión de dos nucleos ligeros en uno más pesado, obteniéndose del orden de cuatro veces más energía que en la fisión.

Mientras que la fisión nuclearse conoce y puede controlarse bastante bien, la fusión plantea el siguiente gran inconveniente, que hace que continue en fase de estudio, aunque entrando en el siglo XXI se espera resolver:

Relatividad, Predecibilidad y Caos

Teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad está compuesta a grandes rasgos por dos grandes teorías (la de la relatividad especial y la de la relatividad general) formuladas por Albert Einstein a principios del siglo XX, que pretendían resolver la incompatibilidad existente entre la mecánica y el electromagnetismo.
La primera teoría, publicada en 1905, trata de la física del movimiento de los cuerpos en ausencia de fuerzas gravitatorias, en el que se hacían compatibles las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo con una reformulación de las leyes del movimiento. La segunda, de 1915, es una teoría de la gravedad que reemplaza a la gravedad newtoniana pero coincide numéricamente con ella en campos gravitatorios débiles. La teoría general se reduce a la teoría especial en ausencia de campos gravitatorios.
Relatividad especial (relatividad restringida)
Publicada por Albert Einstein en 1905, describe la física del movimiento en el marco de un espacio-tiempo plano, describe correctamente el movimiento de los cuerpos incluso a grandes velocidades y sus interacciones electromagnéticas y se usa básicamente para estudiar sistemas de referencia inerciales.

Relatividad General
Publicada por Albert Einstein en 1915 y 1916.
La relatividad general para aplicar plenamente el programa de Ernst Mach de la relativización de todos los efectos de inercia, incluso añadiendo la llamada constante cosmológica a sus ecuaciones de campo para este propósito.

Predecibilidad

Predicción tiene por etimología el latín pre+dicere, esto es, “decir antes”. No se trata sólo de “decir antes”, sino de “decirlo bien”, o sea, acertar; también, hacerlo con un plazo suficiente para poder tomar las medidas que se crean oportunas, y además tener una idea de hasta cuándo es posible predecir el futuro con cierto éxito.
Cuando se efectúa una predicción, se está estimando un valor futuro de alguna variable que se considere representativa de una cierta situación.
También se pueden hacer predicciones espaciales, como la ubicación, movilidad e intensidad local de fenómenos extremos, caso por ejemplo de los huracanes y tormentas tropicales
Normalmente ambos tipos de predicción están ligados y se realizan a la vez, como lo prueban los productos que ofrecen las s grandes agencias e institutos de Meteorología y Climatología.
Pueden construirse de modos muy diversos, de algunos de los cuales nos ocuparemos en este trabajo, y su bondad se mide -como es natural- por el porcentaje de aciertos en situaciones del pasado predichas con igual técnica. Las bases de registros disponibles hoy día permiten realizar experimentos de predecibilidad con datos pasados y simular situaciones ya conocidas mediante diversas técnicas, estudiando y comparando los resultados.

CAOS

Teoría del caos es la denominación popular de la rama de las matemáticas, la física y otras ciencias que trata ciertos tipos de sistemas dinámicos muy sensibles a las variaciones en las condiciones iniciales. Pequeñas variaciones en dichas condiciones iniciales pueden implicar grandes diferencias en el comportamiento futuro; complicando la predicción a largo plazo. Esto sucede aunque estos sistemas son en rigor determinismos es decir; su comportamiento puede ser completamente determinado conociendo sus condiciones iniciales.
Los sistemas dinámicos se pueden clasificar básicamente en:
Estables, Inestables, Caóticos.
Un sistema estable tiende a lo largo del tiempo a un punto, u órbita, según su dimensión (a tractor o sumidero). Un sistema inestable se escapa de los atractores. Y un sistema caótico manifiesta los dos comportamientos. Por un lado, existe un a tractor por el que el sistema se ve atraído, pero a la vez, hay "fuerzas" que lo alejan de éste. De esa manera, el sistema permanece confinado en una zona de su espacio de estados, pero sin tender a un a tractor fijo.
A tractores extraños
La mayoría de los tipos de movimientos mencionados en la teoría anterior suceden alrededor de a tractores muy simples, tales como puntos y curvas circulares llamadas ciclos límite. En cambio, el movimiento caótico está ligado a lo que se conoce como a tractores extraños, que pueden llegar a tener una enorme complejidad como, por ejemplo, el modelo tridimensional del sistema climático de Lorenz, que lleva al famoso a tractor de Lorenz conocidos, no sólo porque fue uno de los primeros, sino también porque es uno de los más complejos y peculiares, pues desenvuelve una forma muy peculiar más bien parecida a las alas de una mariposa.

EFECTO MARIPOSA

 La idea de la que parte la Teoría del Caos es simple: en determinados sistemas naturales, pequeños cambios en las condiciones iniciales conducen a enormes discrepancias en los resultados. Este principio suele llamarse efecto mariposa debido a que, en meteorología, la naturaleza no lineal de la atmósfera ha hecho afirmar que es posible que el aleteo de una mariposa en determinado lugar y momento, pueda ser la causa de un terrible huracán varios meses más tarde en la otra punta del globo.

Para empezar, el “efecto mariposa” recibe este nombre a partir de la idea del meteorólogo Edward Loren, quien plantea la idea de que, dadas unas condiciones iniciales de un determinado sistema, la más mínima variación en ellas puede provocar que el sistema evolucione en formas completamente diferentes. Observó que pequeñas diferencias en los datos de partida, algo aparentemente tan simple como utilizar 3 ó 6 decimales, llevaban a grandes diferencias en las predicciones del modelo. De tal forma que cualquier pequeña perturbación, o error, en las condiciones iniciales del sistema puede tener una gran influencia sobre el resultado final. Es decir, cambios minúsculos que conducen a resultados totalmente divergentes.

Su nombre proviene de las frases: “el aleteo de las alas de una mariposa se puede sentir al otro lado del mundo” (proverbio chino) así como, “el simple aleteo de una mariposa puede cambiar al mundo”.  

CUÁNTOS ( DESCUBRIMIENTO, TEORÍAS Y ESTRUCTURA)

¿QUÉ ES EL ÁTOMO?

La unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos. 

A principios del siglo XX, se había pensado que los átomos eran indivisibles, de ahí su nombre a-tomo- 'sin división'

e- = abreviatura de electrones

   p+ = abreviatura de protones

   n = abreviatura de neutrones

 Demócrito fue el primero en afirmar que la materia está compuesta por átomos, y que estos eran indivisibles.

  Dalton en 1803 lanzó su teoría atómica de la materia. En ella decía que todos los elementos que se conocen están constituidos por átomos y que eran indivisibles Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias.

•Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.

•Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.

•Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.

•Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.

Luego del descubrimiento del electrón en 1897 por Joseph John Thomson, se determinó que la materia se componía de dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se encontraban según este modelo inmersos en una masa de carga positiva a manera de pasas en un pastel.

En 1911 Rutherford, lanzó la primera teoría sobre la estructura del átomo, en ella decía que los electrones giraban alrededor del núcleo como si fuera un sistema solar en miniatura. Esta teoría se mantuvo hasta 1913

1913, fecha en la cual Bohr, lanzó una nueva teoría atómica, en ella decía que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas. Esta teoría fue y es de las más importantes, llamada Teoría Atómica de Bohr.

«El átomo es un pequeño sistema solar con un núcleo en el centro y electrones moviéndose alrededor del núcleo en órbitas bien definidas». Las órbitas están cuantizadas (los e- pueden estar solo en ciertas órbitas

•Cada órbita tiene una energía asociada. La más externa es la de mayor energía.

•Los electrones no radian energía (luz) mientras permanezcan en órbitas estables.

•Los electrones pueden saltar de una a otra órbita. Si lo hace desde una de menor energía a una de mayor energía absorbe un cuanto de energía (una cantidad) igual a la diferencia de energía asociada a cada órbita. Si pasa de una de mayor a una de menor, pierde energía en forma de radiación (luz).

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• Bohr dió la explicación al espectro de emisión del hidrógeno. Pero solo la luz de este elemento. Proporciona una base para el carácter cuántico de la luz, el fotón es emitido cuando un electrón cae de una órbita a otra, siendo un pulso de energía radiada.