¿Qué es energía?La energía es una forma o cualidad intangible de la materia que causa un cambio o interacción de cuerpos materiales; en otros términos, es la capacidad para realizar trabajo. Por lo tanto, todo cambio (o fenómeno) físico, químico o nuclear que ocurre en cuerpos materiales es causado por la energía. La energía puede ser mecánica (cinética y potencial), calorífica, luminosa, eléctrica, nuclear, Electromagnética (ondas de TV, ondas de radio, microondas, rayos X, etc.) Jamás en la historia de la humanidad los avances científicos y tecnológicos dieron un salto cualitativo y se sucedieron de forma tan acelerada como en el siglo XX. Si esto fue posible, se lo debemos en gran medida a Einstein. Él y su teoría más trascendente, la de la relatividad, pasaron a la historia como los símbolos que definen el siglo que hace poco dejamos atrás. LA RELACIÓN MASA – ENERGÍA (Propuesta por ALBERT EINSTEIN) En 1905, Albert Einstein propuso la Teoría Especial de la Relatividad, de la cual se deduce la idea de que la masa puede ser convertida en energía y viceversa. Una pequeña cantidad de masa puede transformarse en una gran cantidad de energía, hecho que sería confirmado posteriormente por las pruebas nucleares o explosiones de las bombas atómicas. Los fenómenos nucleares, son ejemplos más significativos de la ocurrencia de la transformación de materia en energía. Dentro de estos fenómenos tenemos: a) Fusión Nuclear: ocurre en la unión de núcleos pequeños. Ejemplo: Bomba de Hidrógeno. b) Fisión Nuclear: Ocurre la ruptura de núcleos grandes. Ejemplo: Bomba atómica de destrucción de núcleos de Uranio (U). La ecuación de Einstein para este hecho es: E = m.c 2 Siendo: E = energía liberada (materia dispersada), se mide en JOULES m = masa convertida (energía concentrada), se mide en Kg c = velocidad de la luz (en el vacío), mide 3.10 8 m/s Unidad de la energía Joul o Ergios Unidad de la Energía Masa del Cuerpo C (Velocidad de la luz) E (Erg) m = gramos C = 3 x 10 10 cm/s E (Joul) m = kilogramos C = 3 x 10 8 m/s ENERGÍ A Materia Energía E = MC 2 Energía Luminosa Energía Eléctrica Energía Mecánica Energía Calorífica Etc. El análisis de un proceso nuclear, involucra una ecuación de masas. Masa Radiactiva (Inicial) = Masa C onvertida (en Energía) + Masa residual (Final) Gráfica de un Explosión Atómica Comentando este Gráfico: El bombardero llevo una Bomba de Uranio, que contiene una Masa Radiactiva, al incidir en el “blanco” ésta explota liberando una gran cantidad de Energía proveniente de una Masa que se convirtió en Energía quedando algo de masa que no se convirtió llamada Masa Residual. PREFIJOS DEL SISTEMA INTERNACIONAL (S.I.) 7 MÚLTIPLOS SUBMULTIPLOS Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo Factor EXA E 10 18 mili m 10 -3 PETA P 10 15 micro u 10 -6 TERA T 10 12 nano n 10 -9 GIGA G 10 9 pico p 10 -12 MEGA M 10 6 femto f 10 -15 KILO K 10 3 atto a 10 -18 Prefijos más útiles: micro (10 -6 ), mili (10 -3 ), kilo (10 3 ), Mega (10 6 ) Energía Masa residual PROBLEMAS RESUELTOS 1. Se tiene 5 x 10 -23 kg de un material de Uranio, al sufrir un proceso nuclear. ¿Cuál es la energía que se desprendería? 1) 2.5 x 10 -7 Joules 4) 4.5 x 10 -8 Joules 2) 9,0 x 10 -7 Joules 5) 4,5 x 10 -6 Joules 3) 2.5 x 10 -8 Joules Resolución: E = mc 2 E = 5.10 -23 x (3.10 8 ) 2 E = 5.10 -23 x 9.10 16 E = 45 x 10 -7 joule E = 4.5 x 10 -8 joule 2. Se tiene 2 x 10-10 gramos de un material de Uranio al sufrir un proceso nuclear. ¿Cuál es la energía en Megajoulesque se desprendería? 1) 0.018 4) 0.002 2) 0.180 5) 1.8 3) 0.010 Resolución: E = mc 2 E = 2.10 -13 x (3.10 8 ) 2 E = 2.10 -13 x 9.10 16 E = 18 x 10 -3 joule Transformando a MJ E = 18 x 10 -3 x 3 3 10 10 = 0,018 MJ 3. Cuando 100mg de Uranio – 235 sufre una fisión nuclear se liberan 7.2 x 10 12 J ¿Qué porcentaje de materia se ha transformado en energía? 1) 20% 4) 90% 2) 80% 5) 60% 3) 40% Resolución: E = mc 2 E = 7,2.10 12 = m (3.10 8 ) 2 E = 7,2.10 12 = m.9.10 16 E = 5 10 8 kg = m En mg sería: m = 5 10 8 x 10 3 g = 3 . 10 10 . 10 . 8 1 1 2 m = 8.10mg = 80mg 100mg 100% 80mg x x = 80% Material Radiactivo m = 5 . 10 -23 kg m = 2 . 10 -10 g m = 2 . 10 -10 g kg g 3 10 m = 2 . 10 -13 kg Hallar: E MJ Energía liberada m = 100mg E = 7,2 . 1012J Hallar la masa que se transforma a energía m Masa resigual o final 1. Se tiene un material de Uranio, al sufrir un proceso nuclear se desprenden 0.18x10 10 Kilojoules. ¿Cuál es la masa en gramos que produjo esta energía? a) 1.0 x 10 -9 b) 1.0 x 10 7 c) 1.0 x 10 9 d) 1.0 x 10 8 e) 2.0 x 10 2 2. ¿Cuántos gramos de plutonio deben desintegrarse para producir 9 x 10 19 joules de energía? a) 10 -3 b) 10 3 c) 10 -2 d) 10 3 e) 3x10 14 3. Se fisionan 3.10 -2 Kg de uranio, si se producen 18.10 14 J de energía radiante liberada, el valor de la masa residual es : (en Kg.) a) 10 b) 10 2 c) 10 -2 d) 10 3 e) 10 -3 4. De 2 x 10 2 Kg. de masa radiactiva se libera una energía de 14.4 10 14 J. Entonces el porcentaje de masa que no se transforma es : a) 10% b) 15% c) 18% d) 20% e) 25% 5. La Unidad de Masa Atómica (uma) corresponde a 1.6 x 10 -27 Kg. luego su energía equivalente es : a) 1.4 x 10 7 J c) 1.4 x 10 10 J b) 1.4 x 10 -4 J d) 9 x 10 13. J e) 3 x10 -8 J 6. Se tienen 420 Kg de uranio, determinar la energía que se libera si solamente sufre transformación el 10% del material. a) 3.12.10 18 J b) 3.48.10 18 J c) 3.78.10 18 J d) 3.95.10 18 J e) 4.23.10 18 J 7. Al desintegrarse 10g de plutonio. ¿Qué cantidad de energía en ergios se libera ? a) 9.10 20 b) 9.10 21 c) 3.10 20 d) 3.10 21 e) 9.10 19 8. Determinar la energía que se obtiene al transformar totalmente 8Kg de uranio. a) 72.10 15 J b) 720.10 15 J c) 0.72.10 15 J d) 7.2.10 15 J e) 240.10 15 J 9. Se tiene 1 000 g de un material para una reacción nuclear, al final sólo se recupera 999 g debido a que el resto se transforma en energía. Hallar dicha energía. a) 3.10 11 b) 3.10 13 c) 9.10 11 d) 9.10 13 J e) 9.10 14 J 10. Se dispone de 72 Kg de uranio que fuego de la reacción ha liberado 2.7.10 18 joule de energía. Determine la masa residual del uranio. a) 30Kg b) 35Kg c) 38Kg d) 42Kg e) 70Kg 11. Se tiene 60g de una sustancia y se observa que en una reacción nuclear libera 5,4.10 14 joule de energía. Determinar el porcentaje de la masa que se transformó en energía. a) 90% b) 10% c) 20% d) 80% e) 70% 12. Se tiene 50 g de una sustancia radiactiva, y se observa que en una reacción libera 4,5.10 14 joule. Determinar el porcentaje de la masa que no se ha convertido en energía. a) 90% b) 10% c) 20% d) 80% e) 70% 13. Se tiene 40 g de una sustancia radiactiva y se observa que en una reacción libera 3,6.10 14 joule. Determinar el porcentaje de la masa que se ha convertido en energía. a) 90% b) 10% c) 20% d) 80% e) 70% 14. Calcular la energía liberada al transformarse en energía 1kg de un material radiactivo. a) 6.10 4 J b) 8.10 14 J c) 9.10 16 J d) 8.10 6 J e) 1J 15. Se tiene 60 g de una sustancia y se observa que en una reacción nuclear libera 5,4.10 14 joule de energía. Determinar el porcentaje de la masa que se transformó en energía. a) 90% b) 10% c) 20% d) 80% e) 70% 16. Calcular la energía liberada al convertirse en energía 2kg de plutonio. a) 6.10 4 J b) 6.10 14 J c) 8.10 4 J d) 18.10 16 J e) 6.10 24 J ACT I VI DAD E S E N AU L A 17. Determinar la energía que se obtendría al transformar totalmente 4.10 13 ng de una sustancia. a) 2,7.10 18 J b) 36.10 18 J c) 3,6.10 18 J d) 7,2.10 18 J e) 72.10 18 J 18. En un reactor se coloca 485 g de un material. Al final de la reacción sólo se recupera 480 g debido a aque el resto se transformó en energía. Determine dicha energía. a) 4,5.10 12 J b) 4,5.10 13 J c) 4,5.10 14 J d) 1,5.10 13 J e) 1,5.10 14 J 19. El 30% de un cuerpo se convierte en energía ; si sabemos que la energía liberada es 1, 810 15 J. ¿Cuál fue la masa inicial del cuerpo ? a) 33,3g b) 43,3g c) 63,8g d) 63,3g e) 66,6g 20. 5 gramos de un material radiactivo fueron sometidos a un proceso nuclear liberando 1,8.10 13 J. Calcular el porcentaje de masa que no se transformó en energía. a) 94% b) 96% c) 98% d) 4% e) 2% 1. Se tiene inicialmente « Q » gramos de circonio. Después de la reacción la masa residual resulta 420 gramos y además se han liberado 6.3x10 15 joule de energía. Determine el valor de Q. a) 420g b)460g c)490 d)525g e)625g 2. Un elemento radiactivo tiene una masa de 80g y al desintegrarse parte de él se liberan 1.8x10 18 joule de energía. ¿Qué porcentaje de la sustancia no se ha desintegrado ? a) 8.5% b) 70% c) 97.5% d) 91.5% e) 2.5% 3. Indique la masa transformada en mg. durante un proceso nuclear en el que se han liberado 3.6.10 10 joules de energía. a) 2.0 b) 12.0 c) 0.4 d) 1.2 e) 4.0 4. Calcular la masa en gramos de una partícula si después de liberar 7,2.10 21 ergios, quedaron 12 gramos de masa. a) 13 b) 15 c) 18 d) 20 e) 22 5. Calcule la energía en ergios, que se libera al desintegrarse 0.3kg de una sustancia radiactiva. Dato c = .10 1b cm.s -1 a) 2,7.10 -23 b) 2,7.10 24 c) 2,7.10 23 d) 5,4.10 22 e)3,0.10 23 6. Calcule la energía en donde que se libera al desintegrarse 2000 ng de una sustancia radiactiva. Dato c=3.10 8 m.s. a) 1,0.10 13 b) 1,8.10 8 c) 1,8.10 7 d) 1,8.10 10 e)3,6.10 7 1. Se tiene 30g de muestra radioactiva la cual al reaccionar genera una energía de 2.7.10 20 ergios. Calcular la masa en gramos que no reacciona. a) 29,7 b) 28,7 c) 29,5 d) 3,0 e) 2, 97 2. En un proceso nuclear se usa masa inicial de reactante de 5,28 g y al final del proceso queda una masa de 5,08g. Luego la energía liberada en ergios es : a) 4,0.10 20 b) 6,0.10 12 c) 1,6.10 17 d) 1,8.10 20 e) 6,0.10 6 3. En cierta reacción se observa que a partir de una muestra de 4 kg de plutonio, el 20% se transforma en energía. Esta energía será : a) 7,2.10 16 joule b) 7,2.10 19 joule c) 3,6.10 14 joule d) 3,6.10 16 joule e) 8,2.10 16 joule 4. ¿Qué cantidad de energía en ergios, puede liberarse a partir de 20g de material nuclear ? a) 1,8.10 20 b) 1,8.10 23 c) 1,8.10 19 d) 1,8.10 21 e) 1,8.10 21 ACT I VI DAD E S D OMI CI L I AR I AS 5. Hallar la energía almacenada en 120 de plutonio. a) 5,4.10 15 J b) 1,08.10 15 J c) 10,8.10 15 J d) 108.10 15 J e) 54.10 15 J 6. Determina la energía liberada cuando se hace detonar 10 gramos de TNG (respuesta en Ergios) a) 9 x 10 21 b) 9 x 10 22 c) 9 x 10 18 d) 9 x 10 16 e) 9 x 10 10 7. Durante una explosión de consume 4kg de TNT. Hallar la energía liberada en Joules. a) 4 x 10 16 b) 9 x 10 16 c) 36 x 10 20 d) 36 x 10 16 e) 36 x 10 21 8. En cierta reacción nuclear se produce 18 x 10 20 Ergios de energía. Hallar la masa en gramos que ha reaccionado. a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 9. En cierta reacción nuclear se producen 7,2 x 10 21 Joules de energía. Hallar la masa en Kg que ha reaccionado. a) 8 x 10 2 b) 8 x 10 3 c) 8 x 10 4 d) 8 x 10 -2 e) 80 10. Calcular la energía que liberó una partícula radiactiva de 12 g de masa. a) 10 20 ergios b) 109.10 20 c) 108.10 20 d) 18.10 20 e) 190.10 11 11. La equivalencia entre masa (m) y energía (E), siendo c la velocidad de la luz, es: a) c m 2 E b) m c 2 E c) E = c 2 m d) 3 2 m c E e) E = c 2 m 2 12. Calcular la energía que liberó una partícula de 3 kg de masa. a) 26.10 16 Erg. b) 9.10 18 c) 27.10 23 d) 81.10 20 e) N.A. 13. Una partícula radiactiva logro liberar una energía de 81.10 23 Erg. Calcular la masa de dicha partícula. a) 90 kg b) 900 g c) 9 kg d) 6 kg e) 8 g 14. Una partícula logra liberar una energía de 9.10 13 Joule. Calcular la masa de dicha partícula. (1Erg = 10 7 Joule). a) 11 kg b) 1 mg c) 10 g d) 1 g e) 10 kg 15. En cierta reacción, se tiene inicialmente 200 g de un material, después de reaccionar se logra recuperar 199, 8 g de masa. Calcule la energía liberada, en ergios. a) 1, 8.10 10 b) 0,6.10 10 c) 6.10 9 d) 9.10 20 e) 1,8.10 2