Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Fissão Nuclear e Fusão


A física nuclear é um ramo da física que estuda núcleos atômicos e suas interações. Nesse contexto, dois processos importantes são a fissão nuclear e a fusão nuclear. Ambos os processos envolvem a mudança dos núcleos dos átomos, levando à emissão ou absorção de energia. Compreender esses processos forma a base da tecnologia nuclear utilizada em várias indústrias hoje em dia.

O que é fissão nuclear?

A fissão nuclear é um tipo de reação em que o núcleo de um átomo se divide em dois ou mais núcleos menores, enquanto simultaneamente libera uma quantidade considerável de energia. Esse processo geralmente ocorre em elementos mais pesados, como o urânio ou o plutônio, que têm núcleos maiores. O processo de fissão libera nêutrons, que podem promover reações de fissão adicionais, causando uma reação em cadeia. Um material comum usado na fissão nuclear é o urânio-235.

Como ocorre a fissão nuclear?

Vamos ver como ocorre a fissão nuclear usando o exemplo do urânio-235:

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

Nesta equação, um nêutron (n) colide com um núcleo de urânio-235 (235 U). O urânio absorve o nêutron e torna-se urânio-236 (236 U), um isótopo instável. Esse núcleo instável se divide em dois núcleos mais leves, bário-141 (141 Ba) e criptônio-92 (92 Kr), liberando um nêutron livre adicional e uma quantidade considerável de energia.

Reação em cadeia

Os nêutrons liberados do processo de fissão podem colidir com outros núcleos de urânio-235. Isso libera mais nêutrons e a reação se propaga continuamente – um processo conhecido como reação em cadeia. Em reatores nucleares, essa reação em cadeia é controlada para produzir eletricidade, enquanto em armas nucleares, é permitida acontecer de uma só vez, resultando em uma explosão.

Exemplo visual de fissão nuclear

U-235NB. ASlNeutron

O que é fusão nuclear?

A fusão nuclear é o processo em que dois núcleos atômicos mais leves se combinam para formar um núcleo mais pesado, liberando energia no processo. Essa reação alimenta o Sol e outras estrelas. A fusão é frequentemente apontada como a fonte de energia limpa definitiva porque produz muito mais energia do que a fissão e gera resíduos nucleares insignificantes. A fusão normalmente envolve isótopos de hidrogênio, como deutério e trítio.

Como ocorre a fusão nuclear?

A fusão requer temperaturas e pressões extremamente altas para aproximar os núcleos o suficiente para superar as forças nucleares. Uma reação comum de fusão nuclear é a combinação de deutério e trítio:

2H + 3H → 4 He + n + energia

Nesta reação, deutério (2 H) e trítio (3 H) se combinam para produzir hélio-4 (4 He), um nêutron livre (n) e muita energia. A energia liberada na fusão é devida à diferença na energia de ligação entre os produtos e os reagentes.

Exemplo visual de fusão nuclear

DTeaHeN

Desafios para alcançar a fusão na Terra

Alcançar a fusão nuclear na Terra apresenta desafios significativos devido às temperaturas e pressões extremamente altas necessárias. Essas condições são necessárias para superar as forças eletrostáticas que empurram os núcleos positivamente carregados para longe um do outro. Reatores de fusão conhecidos como tokamaks ou sistemas de confinamento inercial estão sendo desenvolvidos para alcançar essas condições permanentemente.

Comparação entre fissão e fusão

A fissão nuclear e a fusão são ambas reações poderosas que liberam tremenda energia. No entanto, elas têm diferenças-chave:

1. Tipo de reação:
   - Fissão: divisão de um grande núcleo em núcleos menores.
   - Fusão: combinação de núcleos menores para formar um núcleo maior.

2. Requisito de energia:
   - Fissão: Requer massa crítica e pode ser iniciada com um nêutron.
   - Fusão: Requer temperaturas e pressões extremamente altas.

3. Produção de energia:
   - Fissão: Produz energia, mas não tanto quanto a fusão.
   - Fusão: Produz mais energia do que a fissão.

4. Produtos residuais:
   - Fissão: produz resíduos radioativos.
   - Fusão: Produz hélio relativamente inofensivo.

5. Uso atual:
   - Fissão: utilizada em reatores nucleares e bombas atômicas.
   - Fusão: A pesquisa ainda está em andamento para produção prática de energia.

Aplicações da fissão nuclear

A fissão nuclear é atualmente utilizada em centrais nucleares para produzir eletricidade. Também é utilizada em submarinos e navios militares para fornecer grandes quantidades de energia sem reabastecimento frequente. Outra aplicação está em armas nucleares, que têm capacidades destrutivas significativas.

Possibilidade de fusão nuclear

A fusão nuclear promete fornecer uma fonte de energia quase ilimitada e limpa. Ao contrário da fissão, as reações de fusão produzem pouco resíduo radioativo e envolvem combustíveis abundantes, como isótopos de hidrogênio. Se os cientistas conseguirem usar a fusão de forma sustentável, ela pode revolucionar a forma como produzimos eletricidade.

Exemplo de lição - Conceito de usina de fusão

Uma usina de fusão operaria mantendo um "plasma" de isótopos de hidrogênio a altas temperaturas. Técnicas como confinamento magnético e confinamento inercial baseado em laser estão sendo exploradas. No entanto, manter as condições para uma reação sustentada é complexo.

Conclusão

A fissão e a fusão nucleares são as pedras angulares da física nuclear moderna, com a fissão atualmente dominando as aplicações práticas. A fusão continua sendo uma área de intensa pesquisa devido ao seu potencial como alternativa limpa para fornecer energia. Compreender esses processos aprimora nossa capacidade de desenvolver meios mais seguros e eficientes de aproveitar a energia nuclear.


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