Física nuclear y moderna

Dpto. Física y Química
I.E.S. Inca Garcilaso
PROBLEMAS DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO.
FÍSICA NUCLEAR.
1º. El período de semidesintegración del radio es de 1590 años. Calcula: a) su vida media; b)¿En
cuánto se reduce la actividad de una determinada masa en ese tiempo?
Sol.: a) 2294 años: b) Se reduce el 37%.
2º. Sabiendo que la fisión de un átomo de Uranio 235U produce unos 200 MeV de energía. Calcula la
energía producida por la fisión de 1 g de dicho elemento.
Sol.: 5.1023 MeV
3º. En el supuesto de que la fusión nuclear fuese hoy industrialmente aprovechable y de que se
disponga de una central nuclear que verifique la conversión de deuterio en helio:
212 H 24 He + energía
Calcular los gramos de deuterio que exigiría el funcionamiento diario de esta central hipotética con
una potencia de 50000 Kw y un rendimiento energético del 30%.
2
Ar ( 1 H) = 2,01474 u; Ar (He) = 4,00387 u.
4º. a) Algunos átomos de nitrógeno
14
( 6 C)
14
( 7 N)
Sol.: 25 g
atmosférico chocan con un neutrón y se transforman en
que por emisión  , se convierte de nuevo en nitrógeno. Escribe las correspondientes reacciones
nucleares.
b) Los restos de animales recientes contienen mayor proporción de
14
6
C que los restos de
animales antiguos ¿A qué se debe este hecho y qué aplicación tiene?.
5º. Se ha medido la actividad de una muestra de madera prehistórica observándose que se
desintegran 90 átomos/hora, cuando en una muestra de madera actual de la misma naturaleza, la
tasa de desintegración es de 700 átomos/hora. Calcula el tiempo transcurrido desde que se cortó la
madera, sabiendo que el período de semidesintegración del 14C utilizado es de 5590 años.
Sol.: 16575 años
6º. a) La energía media de enlace por nucleón de un átomo de
40
20
Ca, expresada en MeV
b) La cantidad de energía necesaria para disociar completamente 1 g de
40
20
Ca, expresando dicha
energía en Julios. Ar(Ca) = 39,97545 u
Sol.: a) 8,02 MeV/nucleon; b) 7,73.1011J
7º. Si se fusionan dos átomos de hidrógeno ¿se libera energía en la reacción? ¿Y si se fisiona un
átomo de Uranio?.
8º. En una excavación arqueológica se ha encontrado una estatua de madera cuyo contenido de 14C es
de 58% del que poseen las maderas actuales de la zona. Sabiendo que el período de
semidesintegración del 14C es de 5570 años, determina la antigüedad de la estatua encontrada.
.
Sol.: 4378,84 años.
9º. Determina el número atómico y el número másico de cada uno de los isótopos que resultará del
238
92 U
al emitir sucesivamente dos partículas alfa y tres partículas beta.
10. Sabiendo que en la siguiente reacción nuclear
A
Z
1
X + 1H  2
4
2
He se liberan 11,47 MeV de
energía. a) Escribe el isótopo que falta en la reacción; b) Calcula la masa atómica de dicho isótopo.
Sol.: a)
7
3
Li; b) 6,9851 u
11. Cuando un núcleo de uranio-235 captura un neutrón se parte en dos fragmentos, más dos o tres
neutrones, y libera unos 210 MeV de energía. La energía de enlace por nucleón de los fragmentos de
fisión es de 8,4 MeV. Haz un cálculo aproximado de la energía de enlace por nucleón del 235U,
despreciando la contribución de los neutrones producidos.
Sol.: 7,5 MeV
12. Entre los materiales gaseosos que pueden escapar de un reactor nuclear, se encuentra el I 131, gas
muy peligroso, ya que con mucha facilidad se fija en la glándula tiroides; a) Escribe la reacción de
desintegración, sabiendo que se trata de un emisor ; b) La emisión beta de este isótopo va
acompañada de una emisión gamma ¿Cuál de las dos emisiones es más perjudicial para el ser humano?;
c) Determina la energía total liberada por el núcleo al desintegrarse. DATOS de masas atómicas en
uma: I131 = 130,8772; Xe131= 130,8756.
Dpto. Física y Química
I.E.S. Inca Garcilaso
PROBLEMAS DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO. FÍSICA MODERNA.
1º. Al incidir luz de longitud de onda  = 620.10-9 m sobre una fotocélula se emiten electrones con
una energía máxima de 0,14 eV.
a) Calcula el trabajo de extracción y la frecuencia umbral de la fotocélula.
b) ¿Qué resultados cabría esperar en los resultados del apartado anterior si la longitud de onda
incidente fuera doble?.
Sol.: a) 2,97.10-19 J; fo = 4,5. 1014 Hz; b) No se producirá efecto fotoeléctrico.
2º. Si iluminamos la superficie de un metal con luz  = 512 nm, la energía cinética máxima de los
electrones emitidos e 8,65.10-20J. ¿Cuál será la máxima energía cinética de los electrones emitidos si
incidimos sobre el mismo metal con luz de  = 365 nm?.
Sol.: 24,31.10-20 J.
3º. La frecuencia umbral de un metal es de 4,5. 1014 Hz. Calcula:
a) El trabajo de extracción del metal.
b)La energía cinética de los electrones emitidos si se ilumina el metal con luz de 1700 A º de longitud
de onda.
c) La longitud de onda asociada a los electrones emitidos.
Sol.: a)29,835. 10-20 J.b) 8,72. 10-19 J; c) 5,26 Aº
4º. ¿Se produce corriente fotoeléctrica cuando luz de 400 nm incide sobre un metal con una función
de trabajo de 2,3 eV?.
5º. Admitiendo que el protón tiene en reposo una masa aproximadamente 1836 veces mayor que la
del electrón, también en reposo, ¿qué relación existirá entre las longitudes de onda de De Broglie de
las dos partículas, suponiendo que se mueven con la misma energía cinética y considerando
despreciables los efectos relativistas?.
Sol.: e = 42,85 p
6º. La intensidad de la luz solar en la superficie terrestre es aproximadamente de 1400 W.m-2.
Suponiendo que la energía media de los fotones sea de 2 eV:
a) Calcula el número de fotones que inciden por minuto en una superficie de 1 m2.
b) ¿A qué longitud de onda corresponde esa energía media de los fotones?
Sol.: a) 2625.1020 fotones/minuto; b) 6,2. 10-7 m.
7º. Cuando se ilumina el cátodo de una fotocélula con luz monocromática de frecuencia 1,2 .1015 Hz,
se observa el paso de una corriente que puede llegar a anularse aplicando una ddp de 2V. a) Calcula la
frecuencia umbral del cátodo.
b) ¿Qué tensión habría que aplicar con tal de suprimir la corriente que se produzca cuando se ilumine
la citada célula con luz monocromática de longitud de onda 150 nm?.
Sol.: a) 0,716. 1015 Hz; b) 5,308 V.
8º. Supongamos que un objeto muy pequeño, por ejemplo una partícula de 10-6 m de diámetro y 10-6
Kg. de masa, se mueve a 10 m/s y determinamos esa velocidad con un error de 10-3 m/s. ¿Cuál será la
incertidumbre en la determinación de la posición? ¿Cómo sería esa incertidumbre comparada con el
tamaño de la partícula?. Considera que la indeterminación de la masa es nula.
Sol.: 1,05.10-25 m; 1,05. 10-19
9º. Una fuente de luz monocromática emite una radiación electromagnética con una  =4,8. 10-7 m y
con una potencia de 20 W. ¿Cuántos fotones por segundo emite esa fuente?.
Sol.: 4,848. 1019 fotones/s.
10º. Una antena de telefonía móvil emite radiación de 900 MHz con una potencia de 1500 W. Calcula
a) La longitud de onda de la radiación emitida; b) la intensidad de la radiación a
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una distancia de 50 m de dicha antena; c) El número de fotones emitidos por la antena durante 1 s.
Sol.: a) 0,3m, b) 0,048W/m2, c) 2,51.1027fotones/s
11º. a) ¿Cuánta energía transporta un fotón "medio" de luz visible con una longitud de onda de 5.10 7
m? b) Halla el número de fotones de luz visible emitidos por segundo por una lámpara de 100W que
emite el 1% de su potencia en la región visible.
Sol.: a) 3,97.10-19J; b) 2,52.1018fotones/s