Post on 02-Jul-2015
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Seminário Física III
Física Nuclear
Leandro Ramos Ferraz
Odimar Fernandes Miranda Junior
Renato Bafi
Resumo
• Modelos Atômicos
• A descoberta do Núcleo
• Propriedades Nucleares
• Decaimento Radioativo
• Datação Radioativa
• Radiação
• Força Nuclear
• Fissão Nuclear
Modelos Atômicos
400 A.C. - Modelo de Demócrito – Matéria não contínua, formada por partículas minúsculas e indivisíveis
Modelo de Aristóteles – Matéria contínua – Modelo aceito até a Renascença
1808 – Modelo de Dalton (Bola de Bilhar) – Retoma o modelo de Demócrito. Átomos são esferas minúsculas, rígidas e indestrutíveis. Todos os átomos são
idênticos
1887 – J.J. Thomson – Descoberta do Elétron. Modelo do “Pudim de Passas” –Carga positiva distribuída uniformemente no átomo (pudim) e os elétrons
inserem-se nessa distribuição (passas)
1911 – Ernest Rutherford – Descoberta do Núcleo – Carga Positiva densamente concentrada no centro (núcleo) e elétrons orbitando este núcleo.
A Descoberta do Núcleo
Experimento de Geiger e Marsden
Emitir partículas alfa (7300 vezes mais
pesadas que os elétrons)
Contra uma fina folha de metálica,
no caso, ouro
Admitindo o modelo atômico da
época – Pudim de Passas – o
resultado esperado era que as
partículas alfa atravessassem o
alvo sem nenhuma ou com muito
pouca resistência
Porém, a observação efetuada
demonstrou um resultado muito
diferente do esperado
A Descoberta do Núcleo
O experimento mostrou que, para desviar as partículas alfa para trás, deveria
haver uma força muito grande.
Através da observação dos ângulos de espalhamento, Rutherford deduziu que
essa força poderia ser obtida se a carga positiva, ao invés de estar espalhada por
todo o átomo, estivesse fortemente concentrada em seu centro.
A Descoberta do Núcleo
Propriedades Nucleares
Prótons
ZNêutrons
N
Núcleo
ANúmero
de Massa
Massa Atômica
A = Número de Massa
R0 ≈ 1,2 fm
fm = Femtômetro = 10-15 m
Propriedades Nucleares
Raio Nuclear
Decaimento Radioativo
Desintegração de um núcleo através da emissão de energia em forma de radiação
Radiação é um tipo de emissão de energia que pode se propagar por meio de partículas ou por meio de ondas eletromagnéticas
Elementos sofrem transformações através do decaimento
Decaimento Radioativo
Equações do decaimento
Da derivada anterior obtemos:
Decaimento Radioativo
Equações do decaimento
Curie (Ci): 1 Ci = 3,70 x 1010
Finalmente pode ser obtida a taxa de decaimento:
Decaimento Radioativo
Equações do decaimento
Intervalo de tempo após o qual tanto N como R se
reduzem à metade de seus valores iniciais
Decaimento Radioativo
Meia-Vida
Relação entre a meia-vida e a constante de desintegração
Datação Radioativa
Baseia no fenômeno da radioatividade e foi descoberta no final do século XIX
A radioatividade faz os átomos perderem partículas na forma de radiação, causando variação no seu número de massa ou em seu número atômico
Medindo-se a quantidade de um determinado isótopo é possível determinar a data da morte de um organismo
Datação Radioativa
Entendendo o processo
Organismos vivos absorvem isótopos
de Carbono
• Após a morte cessa a absorção
• Apenas o isótopo C14, radioativo, começa a decair
Analisando a quantidade de C14
de um fóssil e comparando com
um ser vivo
Sabendo a meia-vida do C14
Determina-ção da data
morte do organismo
Datação Radioativa
Equação da datação radioativa
Datação Radioativa
Equação da datação radioativa - Exemplo
Um fóssil com 10% de carbono 14 em comparação com
uma amostra viva:
Como a meia-vida do carbono 14 é de 5.700 anos, ela só é
confiável para datações até 60 mil anos.
Potássio 40 – 1,3 bilhão de anos
Urânio 235 – 704 milhões de anos
Urânio 238 – 4,5 bilhões de anos
Rubídio 87 – 49 bilhões de anos
Radiação
curie (Ci) : Medida de atividade de uma fonte radioativa. 1 Ci = 3,7 x 1010
roentgen (R): Medida de exposição. Um roentgen é definido como a capacidade de ceder 8,78 mJ de energia a 1Kg de ar seco em condições normais
rad: Dose de radiação absorvida
rem: Medida de dose equivalente. Leva em conta que, embora diferentes tipos de radiação possam ceder a mesma quantidade de energia por unidade de massa ao corpo, os efeitos biológicos não são os mesmos.
Radiação
Efeitos da Radiação
Os efeitos da radioatividade no ser humano dependem da quantidade acumulada no organismo e do tipo de radiação
Doses excessivas, podem provocar lesões no sistema nervoso, no aparelho gastrintestinal, na medula óssea, etc., ocasionando por vezes a morte
Convivemos dia-a-dia com a radioatividade, seja através de fontes naturais de radiação, seja pelas fontes artificiais, criadas pelo próprio homem: o uso de raios X na medicina
Radiação
Raio X
Uma válvula especial alimentada por uma tensão ultra alta produz um feixe de elétrons que, ao incidir num ânodo de forma violenta, libera energia suficiente para provocar a emissão de raios X.
Estes raios X são então dirigidos de forma a incidirem no organismo que se deseja radiografar.
Por trás do organismo coloca-se uma chapa fotográfica que será impressionada pelos raios X que atravessarem o organismo.
Desta forma, nos locais em que existirem tecidos "duros" como os ossos, a absorção dos raios será maior formando assim regiões de "sombra" na chapa
Força Nuclear
A força eletromagnética é repulsiva nos casos em que as partículas possuem o mesmo sinal.
Existência de uma força mais intensa, que aja em sentido contrário ao da força eletromagnética. FORÇA FORTE
1935 Hideki Yukawa – Força Forte tem como origem a troca de partículas entre os núcleons.
A matéria passaria a ser constituída também por outras partículas, além de prótons, nêutrons e elétrons, responsáveis pela mediação da força forte.
Fissão Nuclear
Divisão de um núcleo atômico quando este se choca com um nêutron
Libera-se energia cinética que em junção às energias dos novos núcleos formados devem possuir a mesma quantidade do núcleo inicial antes de sofrer o choque.
Reação em Cadeia: a energia liberada juntamente com os nêutrons se choca com novos núcleos e forma novas divisões e mais nêutrons
O núcleo atômico perde quantidade significativa de massa fazendo com que a massa dos reagentes seja maior que a massa do núcleo atômico
Fissão Nuclear
A perda de massa
O núcleo atômico perde quantidade significativa de massa
fazendo com que a massa dos reagentes seja maior que a
massa do núcleo atômico
Einstein propôs que energia é massa, assim ele afirma que
a massa que desaparece, reaparece em forma de energia,
essa equivalência é resumida na famosa fórmula:
E igual a energia
m igual a massa
c igual a velocidade da luz
A energia será absurdamente
grande mesmo que ela perca uma
fração quase desprezível de massa
Fissão Nuclear
Geração de Energia Elétrica
Seminário Física III
Física Nuclear
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