Fundamentos de ingenieria nuclear

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Fundamentos de Ingeniería Nuclear1
Miguel Moro Vallina2

1 Apuntes preparados a partir del material mimeografiado elaborado por el equipo docente de la asignatura, Javier Sanz Gozalo, Mireia Piera Carreté, Patrick Sauvan, Francisco Ogando Serrano, Mercedes Alonso Ramos y Miguel Embid Segura: Fundamentos de Ingeniería Nuclear. Madrid, 2005. Los apuntes corresponden a la asignatura homónima delPlan de Estudios de 2001 de Ingeniería Industrial de la uned. 2 Correo: narodnaia@gmail.com. Web: http://narodnaia.googlepages.com

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Capítulo 1

Estructura de la materia y formas de energía
1.1. Introducción: materia y energía

La materia se encuentra en varios estados: sólido, líquido y gaseoso, a lo que se añade el estado de plasma o gas ionizado, muy infrecuente en la Tierra pero el más extendido en el Universo.Su estructura u organización viene determinada por las fuerzas internas, i.e., por las fuerzas entre los constituyentes del sistema. Directamente asociada a éstas, se define la energía del sistema. Los componentes estructurales del sistema y los tipos de interacción que se establecen entre ellos determinan el valor de su energía.

1.2.

La energía: concepto y propiedades

¿Qué es la energía?La energía de un objeto o sistema es la cantidad de trabajo que el objeto o sistema puede hacer sobre algún otro objeto o sistema.

Las propiedades de la energía Aunque la definición de energía es operativa, es importante poner de manifiesto que, en la Física actual, no se sabe a ciencia cierta qué es la energía. Sabemos que hay una cierta magnitud física, llamada energía, que no cambia de valoren los múltiples cambios que ocurren en la naturaleza. También sabemos que hay fórmulas para calcular cierta cantidad numérica —una fórmula para cada forma de energía—, y que cuando las juntamos todas resulta siempre el mismo número. Aparte de esto, la energía tiene otras propiedades bien probadas que la caracterizan: – La energía siempre se conserva, i.e., nunca se crea ni se destruye.

41.3. Formas de energía – La energía se manifiesta en diversas formas. Las formas fundamentales son: energía cinética, potencial, térmica, química, nuclear y radiación electromagnética. Además de estas, la propia masa se puede concebir como una forma de energía, idea propuesta por Einstein a comienzos del siglo xx y que constituye el elemento fundamental para el estudio de la energética de lasreacciones nucleares. – Cualquiera de las formas en que la energía puede manifestarse tiene que estar definida por una fórmula matemática específica que permita su cuantificación. La energía total se puede cuantificar como la suma de todas las fórmulas correspondientes a las distintas formas de energía. – La energía se puede convertir de una cualquiera de sus formas en otra. – La energía se puede transportary transferir desde un objeto o sistema a otro cuando se establece una interacción entre ellos.

1.3.

Formas de energía

Energía térmica La energía térmica de una sustancia es una medida de la energía cinética —asociada a la agitación— y potencial —asociada a la atracción— del total de sus moléculas. El movimiento de dichas moléculas, independientemente de su velocidad, posee lacaracterística esencial de ser un movimiento desordenado. Energía química La energía química es una forma de energía potencial microscópica que existe debido a las fuerzas de atracción electromagnéticas que se ejercen entre los constituyentes (átomos) de cada molécula. Se supone que la energía química consta de dos partes: una es energía cinética, correspondiente al movimiento de los electrones en el...
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