Planck-en hipotesia

Gorputzek beren tenperatura igotzean duten energia elektromagnetikoari erradiazio termikoa deritzo.Gorputzak berotzen energia bat xurgatzen dute gero energi hori edozein frekuentziako uhin elektromagnetiko moduan igortzeko.Tenperaturaren arabera uhin hauek espektro ikuskorraren atal bat izan daitezke. Hori dela eta materialak berotzen kolore desberdinak hartzen dituzte.

Erradiazio termikoa tenperaturaren eta gorputzen konposizioaren menpekoa da.Erradiazioa tenperaturaren menpekoa bada soilik, mendekotasun bakarra duten gorputz hauei gorputz beltzak deritze.Gorputz hauek xurgatutako energia guztia igotzen dute, hori dela eta, irradiazio kurbak determinatzeko erabiltzen dira, hau da, intentsitate-frekuentzia grafikoak determinatzeko erabiltzen dira.Gorputz hauen erradiazio termikoak honako ezaugarriak ditu:

-S gainazalak T tenperatutan emitituriko potentzia totala Stefan-Boltzman legeaz adieraz daiteke:

P = σ.T⁴.S

-Energiaren igorpen maximoa gertatzen deneko uhin-luzera, λ_maximoa, T tenperaturaren alderantziz proportzionala da. Wien-ek aurkitutako desplazamendu legearen arabera:

λ_maximoa.T = 2,897755.10^-3 m.K

Lord Rayleigh eta sir James H. Jeans izan ziren gorputz beltzen intentsitate-frekuentzia grafikoa lortzen lehenak 1900aren hasieran. Beraien saiakuntzak ez zuen froga egokirik atera. Beraiek lortutako datuen arabera erradiazio energia txikitzen doan bitartean uhin luzera handitzen doa etengabe, grafikoa parabola bat izanik ez kurba bat.

Hala ere ez zen guztizko porrota izan uhin luzera txikian energiak zeroranzko joera duela frogatu zelako.XIX. mendean ez ziren aurrerapen handiak lortu argi ultramoreak zirelako aurkitu ziren uhin-luzera handieneko izpiak.

Urte berean Max Planck-ek teoria bat aurkitu zuen baina ez zen ausartu argitaratzera garaiko zientzia hankaz gora jarriko zuelako.Abiapuntu modura ondokoa argitaratu zuen:

- Erradiazioa igortzen duten atomoek osziladore harmonikoen erako portaera dute.
- Osziladore bakoitzak zurgatzen edo igortzen duen energia bere oszilazio-maiztasunaren , proportzionala da:

E = h.f

h : Planck-en konstantea = 6,625.10^-34 J.s

Honen ondorioz,osziladore harmoniko bakoitzak igor edo zurga dezakeen energia totalak, E₀ balioko energi zatien kopuru osoa da.

E = nE₀ ; E = nhf ; n:1,2,3,4,..

Teoria honen arabera energia hf energi duten paketeetan dago banatuta kuantu izenekoak. Horren arabera energia kuantizaturik dagoela esan genezake.

EFEKTU FOTOELEKTRIKOA

XIX. mendean Hertz izeneko fisikari alemanak espektro magnetikoaren existentzia egiaztatu zuen burutu zuen esperimentuaren bidez.Bere aurkikuntzaren arabera gainazal metaliko bat argiaren eraginpean jartzen baduzu elektroiak askatuko ditu.Fenomeno honi efektu fotoelektrikoa deitu zioten.

Hala esperimentu honen etorrerak arazoek ekarri zituen lehen zegoen teoria elektromagnetikoarekin bat ez zetozenak. Arazoak hiru ziren:

1.-Igorpenak maiztasun minimo bat izan behar du elektroiak askatzeko metalaren arabera aldatzen dena. Maiztasun horri atariko-maiztasun deritzo.

2.- Argi erasotzailearen maiztasuna atariko-maiztasun baino handiagoa denean askatutako elektroien kopurua argi erasotzailearen intentsitatearen proportzionala izango da.Hala ere beraien abiadurak maximoak ez du zerikusirik argiaren intentsitatearekin teoria klasikoak apurtuz.

3.-Neurtu ezin den arren teoria klasikoaren arabera argiaren intentsitatea ahuldu ahala atzerapen denbora bat egongo da elektroi emisioan.

Einstein-en teoria kuantikoa

1905ean Einstein-ek teori klasikoak zalantzan jarri zituen eta teori berri bat proposatu zuen. Bere teoria berria eratzeko Planck-ek proposatutako teoria kuantikoa erabili zuen. Einstein-en arabera iturri irradiatzaile batek igorritako energia ere kuantizaturik dago.

Teoria hori kontuan harturik ondorengo hipotesiak proposatu zituen:

-Fotoiak ere Planck-en energiaren lege jarraitzen du. Energia Planck-en konstantearekin eta sustantziaren maiztasunarekin erlazionatuta dago:

E : h.f

-Fotoelektroien energia zinetikoa ondorengo formulak adierazten du:

E_z = h.f - W₀

W₀ : Metala bakoitzaren erauzteko-lana da eta ondorengo formularen bidez atera daiteke: W₀ : h f₀

MEKANIKA KUANTIKOA

XX. Mendearen hasierararte, argia elektroi partikulatzat edo erradiazio elektromagnetikoko uhintzat bezala hartzen zen.1900. urtea ordea eginiko froga batzuek ez zetozen bat teoria hauekin. Erradiazio elektromagnetikoak batzuetan fotoi-multzo bezala portatu arren emaitzak ez zetozen bat. Hori dela eta zientzialariek erantzun bat bilatu zuten: Mekanika Kuantikoa.

Teoria horren alderdi karakteristikoak bi dira: Uhin/partikula dualtasuna eta ziurgabetasun-printzipioa.

Uhin/partikula dualtasuna

Luis de Broglie-k 1924ean elektroiak uhin eran portatu ahal zirela esan zuen.Bere ustez materialek izaera gorpuzkularra eta ondulatorioa izan zezaketen.

Planck-en aurkikuntzarekin de Broglie-k bere hipotesia era matematikoan azaltzea lortu zuen materialen energia eta energia erradiaktiboa berdinak zirela esanez:

E=p c E= h f

p c=h f λ = h / (m v)

Formula honek ez zuen froga esperimentalik izan eta horrek errealitate fisikorik gabekoa zela pentsatzera eraman zituen fisikari gehienak. Hala ere, 1927 ean Davisson eta Germen-ek egiaztatu zuten de Broglie-k esandakoa elektroien difrakzioa ezustean behatu ondoren. Urte berean Thomsonek de Broglie-k ezarritako energian berdintasuna egiaztatu zuen.

Ziurgabetasun-printzipioa

Heisenberg-ek printzipio hau aurkitu zuen. Bere ezaugarriak ondorengoak dira:

-Ezin daitezke objektu kuantiko baten x posizioa eta p momentua aldi berean aztertu zenbaki zehatzekin.

-Ezin daitezke objektu kuantiko baten E energia eta neurketarako erabilitako denbora zenbaki zehatzetan.

Ezintasun hauengatik deitzen da ziurgabetasun printzipioa edo indeterminazio-printzipioa.

ERRADIAKTIBITATEA

Erradiaktibitatearen ulertzeko lehen urratsak 1895ean hasi ziren X izpien aurkikuntzarekin. W.K.Roentgen fisikari alemaniarrak gasa ionizatzeko eta gasean fluoreszentzia sorrarazteko gai zen erradiazio bat zuen. Erradiazio horri X izpia deitu zion.

1896an X Becquerel-ek izpiak baino sarkorragoak diren izpi batzuk aurkitu zituen. Berak plaka fotografiko batzuk paper ilunaz estaliak uranioa zuen kaxoi berean sartu zituen. Itzultzean plakak belaturik aurkitu zituen. Honek ondorio batera eraman zuen, Uranioak X izpiak baino sarkorragoak ziren erradiazio mota bat igortzen zuen. Becquerel-en aurkikuntzak beste substantzia erradiaktiboak aurkitzea ekarri zuen, horien artean ondorengoak ditugu: torioa, polonioa, erradioa edo aktinioa.

Erradiazio berez substantzia erradiaktiboen propietate bat da. Substantzi hauek erradiazio bat igortzen dute gorputz opakoak zeharkatu, airea ionizatu, plaka fotografikoak belatu eta zenbait substantzien fluoreszentzia kitzikatu dezakeena.

Substantzia erradiaktiboen erradiaktibitatea hiru izpitan daude sailkatu beraien sarkortasunaren arabera:

1.- α erradiazioa: Helio-nukleoak dira (bi protoiz eta bi neutroiz osaturik nukleoak)

2.- β erradiazioak: Elektroi bizkorrak dira, nukleoko neutroien desintegraziotik datozenak. Neutroi bakoitzak protoi bat eta elektroi bat ematen du.

3.- γ erradiazioa: Erradiazio elektromagnetikoak dira X izpiek baino maiztasun handiagokoak.

DESINTEGRAZIO ERRADIAKTIBOA

Nukleo batek α, β edo γ erradiazio igortzean nukleoaren egoera aldatu egiten da edo beste erako nukleo bat bihurtzen da. Beste nukleo bat bihurtzean desintegrazio gertatzen dela esaten da.

Desintegrazio prozesua aleatorioa da, hau da, bihurtzen diren nukleoa edozein izan daiteke dagoen lekua kontuan hartu gabe.Aleatorioa ez dena desintegraziotako nukleoen kopurua da denbora tarte batean. Kopurua N deritzo eta ondorengo formularen bitartez atera daiteke:

N = N₀.e^-λ.t

λ : konstante erradiaktiboa da isotopo bakoitzak berea du.

N₀: Hasieran zeuden nukleoen kopuruak dira.

Denbora-unitate batean burutzen den igorpen erradioaktiboen kopuruari aktibitatea deritzo, beste era batean esanda aktibitatea desintegrazio abiadura da.

Aktibitatea lortzeko erabiltzen diren formulak ondorengoak dira:

A = A₀.e^-λ.t
A= λ N

Sistema internazionalena erabiltzen den unitatea Becquerel-a (Bq) da. Erabiltzen den beste unitate bat Curie da. Bien arteko erlazioa ondorengo da:

1 Curie = 3,7.10¹⁰ Bq

Nukleo kopuruaren erdia desintegratzeko behar den denborari semidesintegrazio-periodoa edo erdibizitza deritzo. Erabiltzen den formula ondorengo da:

T_1/2 = ln 2 / λ
N₀/2 = N₀e^-λ.t

NUKLEO ATOMIKOA

Erradiaktibitatearen arloan eginiko aurkikuntzen ostean erradiaktibitatea nukleo atomikoekin erlazionatu zegoela konturatu ziren. Nukleo atomikoa protoiz eta neutroiz osaturik dago. Bi hauei nukleoia deritze.

Elementuak berdinak izan arren badira neutroi kopurua desberdina duten nukleoak elementua bera izan arren. Neutroi kopuru desberdina dutenei isotopoak deritze.Isotopo hauek edozein elementutan aurkitu daitezke.

Elementuak honela irudikatzen dira:

_Z^AX

A: zenbaki masikoa (elementuan nukleoan duen nukleoi kopurua)

Z: zenbaki atomikoa (elementu batek duen protoi kopurua)

Jon Andoni Iparragirre 2LD