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Engenharia de Energia ·
Física
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Fisica Nuclear: A descoberta do Núcleo. * Início do século XX a única coisa que se sabia sobre átomos é que eles possuíam elétrons; * Elétrons foram descobertos por Thomson em 1897; * Em 1911 Rutherford sugeriu que a carga positiva estava concentrada no centro do átomo, formando um núcleo, que a maior parte da massa do átomo estava concentrada lá; Como ele descobriu isso? * Ele idealizou um experimento no qual bombardeou uma folha fina de ouro com partículas α. [Figura 42.1] Arranjo experimental (visto de cima) usado no laboratório de Rutherford entre 1911 e 1913 para escapar o desvio de partículas α por folhas finas de metal. A posição do detector podia ser ajustada (um por vez) ao longo do círculo mostrado, para medir a probabilidade de que partículas α fossem espalhadas por um ângulo θ, após penetrarem numa folha metálica delgada. Foi esse experimento relativamente simples que levou à descoberta do núcleo atômico. Os resultados obtidos por Rutherford e seus colaboradores levaram à proposta desse novo modelo atômico. Propriedades dos núcleos: Terminologia: O núcleo é formado de prótons, Z, e nêutrons, N, e a soma dos dois indica o número de massa, A. A = Z + N; Prótons e nêutrons recebem o nome genérico de núcleons. Os nuclídeos, nome dado ao núcleo de um elemento químico é indicado por AZX. Nuclídeos com mesmo Z e diferente N são chamados de isótopos. O ouro por exemplo possuiu 32 isótopos que vão desde 193Au até 204Au. Classificação dos nuclídeos: [Figura 42.5] Gráfico de nuclídeos. As cores indicam os nuclídeos conhecidos e os que ocorrem naturalmente. Observe que nem todos os elementos têm núcleos estáveis e alguns desses núcleos não estáveis têm meias-vidas longas e as vezes são classificados entre os que ocorrem naturalmente. Raios nucleares: O núcleo, como o átomo, não é um corpo sólido com uma superfície bem definida. Alguns núcleos são esféricos e outros possuem forma de elipsóide, experimentalmente é mostrado que é possível atribuir ao raio atômico o seguinte raio: r = ro A^(1/3) ro ≈ 1,2fm e A é o número de massa do átomo. Massa dos núcleos: As massas dos núcleos são dadas em função do número de massa A e da unidade de massa atômica "u". u = 1,66053886 x 10^-27 Kg. Exemplo: o núcleo de ouro tem uma massa de 196,966552 u. Para conversão de massa em energia é utilizada a relação c^2 = 931,494013 MeV/u. ⇒ E = mc^2 Energia de ligação dos núcleos A massa M de um núcleo é menor que a massa total Σm das partículas que o compõem, ⇒ Mc^2 < Σ (mc^2) ; A diferença entre as duas é chamada de energia de ligação do núcleo. ΔEel = Σ (mc^2) - Mc^2 ⇒ ΔEel é uma medida da estabilidade do núcleo; Uma outra medida utilizada é a energia de ligação por núcleon ΔEeln, dada por: ΔEeln = ΔEel/A ⇒ é a energia média necessária para arrancar um núcleon do núcleo. [Figura 42.7] Energia de ligação por núcleon, mostrando alguns nuclídeos representativos. O 56Ni (direita) é indicado como a maior energia de ligação por núcleon, 8,794 MeV/nucleon. Observe que a energia de ligação por núcleon é muito menor para os divisas da tabela periódica, o que significa que ele tem um núcleo particularmente estável. Veja os exemplos 42.2 e 42.3. Decaimento radioativo: Como vimos anteriormente a maioria dos nuclídeos conhecidos são radioativos. Os núcleos radioativos emitem espontaneamente uma ou mais partículas, transformando-se em outro núcleo. O decaimento radioativo foi a primeira indicação de que as leis que governam o mundo subatômico são estatísticas. Não existe nenhum meio de prever se um dado núcleo de uma amostra radioativa estará entre os A energia cinética de pósitron e elétron varia entre zero e um valor máximo, Kmax, como mostrado na figura abaixo. Figura 42-11 Distribuição da energia cinética dos pósitrons emitidos no decaimento beta do 64Cu. A energia cinética máxima da distribuição (Kmax) é 0,653 MeV. Em todos os decaimentos, essa energia é dividida entre o pósitron e o neutrino, em diferentes proporções. A energia mais provável do pósitron é... A radioatividade e a carta de nuclídeos. Ver exemplo 42.7 Figura 42-13 Parte da carta de nuclídeos, mostrando dois padrões rádio ativos. Ou seja, os que os isótopos estão localizados, em relação ao núclide estável, na região onde a energia de ligação dos núclides é insuficiente para mantê-los estáveis. Datação radiativa: Conhecendo a meia vida de um dado radionuclídeo podemos em princípio usar o decaimento desse radionuclídeo com "relógio" p/ medir tempo. t1/2 Exemplos: 40K -> 40Ar (1,25 x 10^9 anos) 235U -> 207Pb 14C -> 5730 anos Ver exemplo 42.8 Problemas: pág: 328 : 3, 5, 10, 14, 18, 19, 25, 29, 31, 34, 38, 46, 49, 51, 55, 57, 61, 62 e 68.
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Fisica Nuclear: A descoberta do Núcleo. * Início do século XX a única coisa que se sabia sobre átomos é que eles possuíam elétrons; * Elétrons foram descobertos por Thomson em 1897; * Em 1911 Rutherford sugeriu que a carga positiva estava concentrada no centro do átomo, formando um núcleo, que a maior parte da massa do átomo estava concentrada lá; Como ele descobriu isso? * Ele idealizou um experimento no qual bombardeou uma folha fina de ouro com partículas α. [Figura 42.1] Arranjo experimental (visto de cima) usado no laboratório de Rutherford entre 1911 e 1913 para escapar o desvio de partículas α por folhas finas de metal. A posição do detector podia ser ajustada (um por vez) ao longo do círculo mostrado, para medir a probabilidade de que partículas α fossem espalhadas por um ângulo θ, após penetrarem numa folha metálica delgada. Foi esse experimento relativamente simples que levou à descoberta do núcleo atômico. Os resultados obtidos por Rutherford e seus colaboradores levaram à proposta desse novo modelo atômico. Propriedades dos núcleos: Terminologia: O núcleo é formado de prótons, Z, e nêutrons, N, e a soma dos dois indica o número de massa, A. A = Z + N; Prótons e nêutrons recebem o nome genérico de núcleons. Os nuclídeos, nome dado ao núcleo de um elemento químico é indicado por AZX. Nuclídeos com mesmo Z e diferente N são chamados de isótopos. O ouro por exemplo possuiu 32 isótopos que vão desde 193Au até 204Au. Classificação dos nuclídeos: [Figura 42.5] Gráfico de nuclídeos. As cores indicam os nuclídeos conhecidos e os que ocorrem naturalmente. Observe que nem todos os elementos têm núcleos estáveis e alguns desses núcleos não estáveis têm meias-vidas longas e as vezes são classificados entre os que ocorrem naturalmente. Raios nucleares: O núcleo, como o átomo, não é um corpo sólido com uma superfície bem definida. Alguns núcleos são esféricos e outros possuem forma de elipsóide, experimentalmente é mostrado que é possível atribuir ao raio atômico o seguinte raio: r = ro A^(1/3) ro ≈ 1,2fm e A é o número de massa do átomo. Massa dos núcleos: As massas dos núcleos são dadas em função do número de massa A e da unidade de massa atômica "u". u = 1,66053886 x 10^-27 Kg. Exemplo: o núcleo de ouro tem uma massa de 196,966552 u. Para conversão de massa em energia é utilizada a relação c^2 = 931,494013 MeV/u. ⇒ E = mc^2 Energia de ligação dos núcleos A massa M de um núcleo é menor que a massa total Σm das partículas que o compõem, ⇒ Mc^2 < Σ (mc^2) ; A diferença entre as duas é chamada de energia de ligação do núcleo. ΔEel = Σ (mc^2) - Mc^2 ⇒ ΔEel é uma medida da estabilidade do núcleo; Uma outra medida utilizada é a energia de ligação por núcleon ΔEeln, dada por: ΔEeln = ΔEel/A ⇒ é a energia média necessária para arrancar um núcleon do núcleo. [Figura 42.7] Energia de ligação por núcleon, mostrando alguns nuclídeos representativos. O 56Ni (direita) é indicado como a maior energia de ligação por núcleon, 8,794 MeV/nucleon. Observe que a energia de ligação por núcleon é muito menor para os divisas da tabela periódica, o que significa que ele tem um núcleo particularmente estável. Veja os exemplos 42.2 e 42.3. Decaimento radioativo: Como vimos anteriormente a maioria dos nuclídeos conhecidos são radioativos. Os núcleos radioativos emitem espontaneamente uma ou mais partículas, transformando-se em outro núcleo. O decaimento radioativo foi a primeira indicação de que as leis que governam o mundo subatômico são estatísticas. Não existe nenhum meio de prever se um dado núcleo de uma amostra radioativa estará entre os A energia cinética de pósitron e elétron varia entre zero e um valor máximo, Kmax, como mostrado na figura abaixo. Figura 42-11 Distribuição da energia cinética dos pósitrons emitidos no decaimento beta do 64Cu. A energia cinética máxima da distribuição (Kmax) é 0,653 MeV. Em todos os decaimentos, essa energia é dividida entre o pósitron e o neutrino, em diferentes proporções. A energia mais provável do pósitron é... A radioatividade e a carta de nuclídeos. Ver exemplo 42.7 Figura 42-13 Parte da carta de nuclídeos, mostrando dois padrões rádio ativos. Ou seja, os que os isótopos estão localizados, em relação ao núclide estável, na região onde a energia de ligação dos núclides é insuficiente para mantê-los estáveis. Datação radiativa: Conhecendo a meia vida de um dado radionuclídeo podemos em princípio usar o decaimento desse radionuclídeo com "relógio" p/ medir tempo. t1/2 Exemplos: 40K -> 40Ar (1,25 x 10^9 anos) 235U -> 207Pb 14C -> 5730 anos Ver exemplo 42.8 Problemas: pág: 328 : 3, 5, 10, 14, 18, 19, 25, 29, 31, 34, 38, 46, 49, 51, 55, 57, 61, 62 e 68.