V revolučnej vedeckej práci, ktorú objavil Albert Einstein v roku 1905, E = mc2 predstavený, kde: E je energia, m je hmotnosť a c je rýchlosť svetla vo vákuu. Odvtedy E = mc2 sa stala jednou z najznámejších rovníc na svete. V skutočnosti ľudia bez znalosti fyziky o tejto rovnici aspoň počuli a uvedomujú si jej obrovský vplyv na svet. Väčšina ľudí však nevie, čo táto rovnica znamená. Jednoducho povedané, táto rovnica predstavuje koreláciu energie s hmotou: v podstate sú energia a hmota dve formy tej istej veci. Táto jednoduchá rovnica zmenila spôsob, akým uvažujeme o energii, a dala podnet k rôznym technologickým pokrokom.
Krok
Časť 1 z 2: Pochopenie rovníc
Krok 1. Definujte premenné rovnice
Prvým krokom k pochopeniu rovnice je poznanie významu každej z premenných. V tomto prípade E je energia nehybného predmetu, m je hmotnosť predmetu a c je rýchlosť svetla vo vákuu.
Rýchlosť svetla (c) je konštanta, ktorá je v každej rovnici rovnaká a je približne rovná 3,00 x 108 metrov za sekundu. V kontexte Einsteinovej relativity c2 funguje viac ako jednotkový konverzný faktor ako konštanta. Preto je c kvadratickou hodnotou ako výsledok rozmerovej analýzy (energia sa meria v jouloch alebo kg m2 s-2) tak, že pridanie c2 zabezpečiť, aby bol vzťah medzi energiou a hmotou rozmerovo konzistentný.
Krok 2. Pochopte, čo je energia
Existuje mnoho foriem energie, vrátane tepla, elektriny, chemikálií, jadrovej energie a ďalších. Energia sa prenáša medzi rôznymi systémami (poskytuje energiu jednému systému, pričom čerpá energiu z iného systému).
Energiu nemožno vytvárať ani ničiť, iba ju transformovať do rôznych foriem. Napríklad uhlie má veľa potenciálnej energie, ktorá sa pri spaľovaní mení na tepelnú energiu
Krok 3. Definujte pojem hmotnosti
Hmotnosť je všeobecne definovaná ako množstvo hmoty v objekte.
- Existuje aj ďalšia definícia hmotnosti. Existujú pojmy „pokojová energia“a „relativistická hmotnosť“. Zvyšková energia je hmotnosť, ktorá je konštantná a nemení sa bez ohľadu na to, aký referenčný rámec použijete. Na druhej strane. relativistická hmotnosť závisí od rýchlosti objektu. V rovnici E = mc2, m sa vzťahuje na zvyšok energie. To je veľmi dôležité, pretože to znamená vašu hmotnosť č sa zvyšuje, aj keď naberáte rýchlosť, na rozdiel od všeobecného presvedčenia.
- Malo by byť zrejmé, že hmotnosť a hmotnosť sú dve rôzne veci. Hmotnosť je gravitačná sila, ktorú predmet cíti, zatiaľ čo hmotnosť je množstvo hmoty v objekte. Hmotnosť sa mení iba vtedy, ak je predmet fyzicky zmenený, zatiaľ čo hmotnosť sa mení v závislosti od gravitácie okolia objektu. Hmotnosť sa meria v kilogramoch (kg), zatiaľ čo hmotnosť sa meria v Newtonoch (N).
- Rovnako ako energia, hmotnosť nemožno vytvárať ani ničiť, ale môže meniť formu. Napríklad kocky ľadu sa topia na kvapalinu, ale v oboch typoch foriem majú stále rovnakú hmotnosť.
Krok 4. Pochopte, že hmotnosť a energia sú ekvivalentné
Táto rovnica uvádza, že hmotnosť a energia sú ekvivalentné, a hovorí, koľko energie je obsiahnuté v danom množstve hmotnosti. Táto rovnica v zásade vysvetľuje, že malá hmotnosť je v skutočnosti plná veľkej energie.
Časť 2 z 2: Aplikácia rovníc v reálnom svete
Krok 1. Pochopte, odkiaľ pochádza použitá energia
Väčšina energie, ktorú spotrebujeme, pochádza zo spaľovania uhlia a zemného plynu. Spaľovanie týchto látok využíva valenčné elektróny (nepárové elektróny v najvzdialenejšom obale atómov) a väzby vytvorené s inými prvkami. Keď sa pridá teplo, tieto väzby sa prerušia a uvoľnená energia sa použije ako zdroj energie.
Získavanie energie touto metódou je veľmi neefektívne a poškodzuje životné prostredie
Krok 2. Na zefektívnenie premeny energie použite Einsteinove rovnice
E = mc2nám hovorí, že v jadre atómu je uložených viac energie ako vo valenčných elektrónoch. Energia uvoľnená z atómového štiepenia je oveľa vyššia ako energia rozbitia elektrónových väzieb.
Jadrová energia je založená na tomto princípe. Jadrové reaktory spôsobujú atómové štiepenie a zachytávajú veľké množstvo uvoľnenej energie
Krok 3. Objavte technológie vytvorené E = mc2.
E = mc2 umožnilo vytvorenie mnohých nových a vzrušujúcich technológií, medzi ktorými sme sa stali našimi primárnymi potrebami:
- PET vyšetrenie pomocou rádioaktivity zisťuje, čo je v tele.
- Táto rovnica umožňuje rozvoj telekomunikácií so satelitmi a rovermi.
- Rádiokarbónové datovanie používa na stanovenie veku starých predmetov rádioaktívny rozklad založený na tejto rovnici.
- Jadrová energia predstavuje pre našu spoločnosť čistejší a efektívnejší zdroj energie.
