Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Fisión y Fusión Nuclear


La física nuclear es una rama de la física que estudia los núcleos atómicos y sus interacciones. En este contexto, dos procesos importantes son la fisión nuclear y la fusión nuclear. Ambos procesos implican cambiar los núcleos de los átomos, lo que lleva a la emisión o absorción de energía. Comprender estos procesos forma la base de la tecnología nuclear utilizada en diversas industrias hoy en día.

¿Qué es la fisión nuclear?

La fisión nuclear es un tipo de reacción en la que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños, liberando simultáneamente una cantidad considerable de energía. Este proceso generalmente ocurre en elementos más pesados, como el uranio o el plutonio, que tienen núcleos más grandes. El proceso de fisión libera neutrones, que pueden promover más reacciones de fisión, causando una reacción en cadena. Un material comúnmente utilizado en fisión nuclear es el uranio-235.

¿Cómo ocurre la fisión nuclear?

Veamos cómo ocurre la fisión nuclear usando el ejemplo del uranio-235:

n + 235 U → 236 U → 141 Ba + 92 Kr + 3n + energía

En esta ecuación, un neutrón (n) colisiona con un núcleo de uranio-235 (235 U). El uranio absorbe el neutrón y se convierte en uranio-236 (236 U), un isótopo inestable. Este núcleo inestable se divide en dos núcleos más ligeros, bario-141 (141 Ba) y criptón-92 (92 Kr), liberando un neutrón libre adicional y una cantidad considerable de energía.

Reacción en cadena

Los neutrones liberados del proceso de fisión pueden colisionar con otros núcleos de uranio-235. Esto libera más neutrones y la reacción se propaga continuamente, un proceso conocido como reacción en cadena. En los reactores nucleares, esta reacción en cadena se controla para producir electricidad, mientras que en las armas nucleares, se permite que ocurra de una vez, resultando en una explosión.

Ejemplo visual de fisión nuclear

U-235NB. ASlNeutrón

¿Qué es la fusión nuclear?

La fusión nuclear es el proceso en el cual dos núcleos atómicos más ligeros se combinan para formar un núcleo más pesado, liberando energía en el proceso. Esta reacción alimenta al Sol y otras estrellas. La fusión se presenta a menudo como la fuente de energía limpia definitiva porque produce mucha más energía que la fisión y genera desechos nucleares insignificantes. La fusión generalmente involucra isótopos de hidrógeno, como el deuterio y el tritio.

¿Cómo ocurre la fusión nuclear?

La fusión requiere temperaturas y presiones extremadamente altas para acercar los núcleos lo suficiente como para superar las fuerzas nucleares. Una reacción común de fusión nuclear es la combinación de deuterio y tritio:

2H + 3H → 4 He + n + energía

En esta reacción, el deuterio (2 H) y el tritio (3 H) se combinan para producir helio-4 (4 He), un neutrón libre (n) y mucha energía. La energía liberada en la fusión se debe a la diferencia en la energía de enlace entre los productos y los reactivos.

Ejemplo visual de fusión nuclear

DTHeN

Desafíos en lograr la fusión en la Tierra

Lograr la fusión nuclear en la Tierra plantea desafíos significativos debido a las temperaturas y presiones extremadamente altas requeridas. Estas condiciones son necesarias para superar las fuerzas electrostáticas que empujan a los núcleos cargados positivamente lejos uno de otro. Se están desarrollando reactores de fusión conocidos como tokamaks o sistemas de confinamiento inercial para lograr estas condiciones de manera permanente.

Comparación entre fisión y fusión

La fisión nuclear y la fusión son reacciones poderosas que liberan una gran cantidad de energía. Sin embargo, tienen diferencias clave:

1. Tipo de reacción:
   - Fisión: división de un núcleo grande en núcleos más pequeños.
   - Fusión: combinación de núcleos más pequeños para formar un núcleo más grande.

2. Requerimiento de energía:
   - Fisión: requiere una masa crítica y puede iniciarse con un neutrón.
   - Fusión: requiere temperaturas y presiones extremadamente altas.

3. Producción de energía:
   - Fisión: produce energía, pero no tanto como la fusión.
   - Fusión: produce más energía que la fisión.

4. Subproductos:
   - Fisión: produce desechos radiactivos.
   - Fusión: produce helio relativamente inofensivo.

5. Uso actual:
   - Fisión: usada en reactores nucleares y bombas atómicas.
   - Fusión: la investigación aún continúa para la producción práctica de energía.

Aplicaciones de la fisión nuclear

La fisión nuclear se utiliza actualmente en plantas de energía nuclear para producir electricidad. También se utiliza en submarinos y barcos militares para proporcionar grandes cantidades de energía sin reabastecimiento frecuente. Otra aplicación es en armas nucleares, que tienen capacidades destructivas significativas.

Posibilidad de fusión nuclear

La fusión nuclear promete proporcionar una fuente de energía casi ilimitada y limpia. A diferencia de la fisión, las reacciones de fusión producen pocos desechos radiactivos e involucran combustibles abundantes como los isótopos de hidrógeno. Si los científicos utilizan con éxito la fusión de manera sostenible, podría revolucionar la manera en que producimos electricidad.

Ejemplo de lección - Concepto de planta de energía de fusión

Una planta de energía de fusión operaría manteniendo un 'plasma' de isótopos de hidrógeno a altas temperaturas. Se están explorando técnicas como el confinamiento magnético y el confinamiento inercial basado en láser. Sin embargo, mantener las condiciones para una reacción sostenida es complejo.

Conclusión

La fisión y la fusión nuclear son los pilares de la física nuclear moderna, con la fisión dominando actualmente las aplicaciones prácticas. La fusión sigue siendo un área de intensa investigación debido a su potencial como alternativa limpia para proporcionar energía. Comprender estos procesos mejora nuestra capacidad para desarrollar medios más seguros y eficientes de aprovechar la energía nuclear.


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