Enunciado

Demonstre a validade de (16-6), expressão que em equilíbrio radioativo relaciona os números de decaimento. (Sugestão: Escreva um conjunto de equações semelhante a (16-2). A primeira dessas equações é exatamente igual a (16-2), enquanto que as demais contém dois termos similares no segundo membro. Mostre então que (16-6) é uma solução dessas equações com a condição de que a taxa de decaimento do núcleo pai seja pequena em -comparação com as taxas de decaimento dos núcleos filhos.)

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos lá resolver mais uma questão de física quântica?!

Passo 2

A gente sabe que a equação que dá a diferença na população N 0 com respeito ao tempo t é:

d N 0 = - N 0 R 0 d t

Aqui, R 0 é a taxa de decaimento e a população diminui ao decorrer do tempo.

Dividindo toda a equação por d t :

d N 0 d t = - N 0 R 0

Agora, a gente escreve a mesma equação só que para a primeira população N 1 com taxa de decaimento R 1 , adicionando N 0 R 0 ao lado direito:

d N 1 d t = - N 1 R 1 + N 0 R 0

Do mesmo jeito, escrevemos a equação para a segunda população N 2 com taxa de decaimento R 2 :

d N 2 d t = - N 2 R 2 + N 1 R 1

Passo 3

Se a taxa de decadência do pai for muito menor do que a taxa de decadência da primeira filha, então a população instantânea da primeira filha de vida mais curta será pequena em comparação com a população instantânea do pai de vida mais longa, uma vez que a filha decai quase tão logo que for formada, e o número de primeiras filhas decadentes será governado pelo número de pais decaindo para primeiras filhas.

Então, a primeira população filha N 1 , em qualquer momento, será pequena e aproximadamente constante de modo que sua mudança instantânea seja zero, então definimos d N 1 / d t igual a zero:

0 = - N 1 R 1 + N 0 R 0

Isolando a população da filha e o termo de população dos pais no outro lado:

N 1 R 1 = N 0 R 0

Substituindo N 0 R 0 para N 1 R 1 :

d N 2 d t = - N 2 R 2 + N 0 R 0

Isolando o termo da segunda filha em um lado e o termo dos pais do outro:

N 2 R 2 = N 0 R 0

Isso será válido para cada membro intermediário da cadeia de decaimento, desde que sua taxa de decaimento seja pequena em comparação com a do pai.

Portanto, em equilíbrio, as populações dos membros da cadeia de decaimento satisfazem:

N 0 R 0 = N 1 R 1 = N 2 R 2 = …

Resposta

Demonstração nos passos.

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