V revoluční vědecké práci objevené Albertem Einsteinem v roce 1905 E = mc2 zavedeno, kde: E je energie, m je hmotnost a c je rychlost světla ve vakuu. Od té doby E = mc2 se stala jednou z nejuznávanějších rovnic na světě. Ve skutečnosti lidé bez fyzického vzdělání o této rovnici alespoň slyšeli a jsou si vědomi jejího ohromného dopadu na svět. Většina lidí však neví, co tato rovnice znamená. Jednoduše řečeno, tato rovnice představuje korelaci energie na hmotu: v podstatě jsou energie a hmota dvě formy stejné věci. Tato jednoduchá rovnice změnila způsob, jakým přemýšlíme o energii, a dala vzniknout různým technologickým pokrokům.
Krok
Část 1 ze 2: Pochopení rovnic
Krok 1. Definujte proměnné rovnic
Prvním krokem k pochopení rovnice je znalost významu každé z proměnných. V tomto případě E je energie nehybného předmětu, m je hmotnost předmětu a c je rychlost světla ve vakuu.
Rychlost světla (c) je konstanta, která je v každé rovnici stejná a je přibližně stejná jako 3,00x108 metrů za sekundu. V kontextu Einsteinovy relativity, c2 funguje více jako jednotkový převodní faktor než jako konstanta. Výsledkem dimenzionální analýzy je proto c na druhou (energie se měří v joulech neboli kg m2 s-2) tak, že přidání c2 zajistit, aby byl vztah mezi energií a hmotou rozměrově konzistentní.
Krok 2. Pochopte, co je energie
Existuje mnoho forem energie, včetně tepla, elektřiny, chemikálií, jaderné energie a dalších. Energie je přenášena mezi různými systémy (poskytuje energii jednomu systému a čerpá energii z jiného).
Energii nelze vytvářet ani ničit, pouze transformovat do různých forem. Například uhlí má spoustu potenciální energie, která se při spalování mění na tepelnou energii
Krok 3. Definujte pojem hmotnosti
Hmotnost je obecně definována jako množství hmoty v předmětu.
- Existuje také další definice hmotnosti. Existují termíny „klidová energie“a „relativistická hmotnost“. Zbytek energie je hmotnost, která je konstantní a nemění se, bez ohledu na to, jaký referenční rámec použijete. Na druhou stranu. relativistická hmotnost závisí na rychlosti objektu. V rovnici E = mc2, m označuje energii zbytku. To je velmi důležité, protože to znamená vaši hmotu Ne na rozdíl od všeobecného přesvědčení se zvyšuje, i když zrychlíte.
- Je třeba si uvědomit, že hmotnost a hmotnost jsou dvě různé věci. Hmotnost je gravitační síla, kterou předmět cítí, zatímco hmotnost je množství hmoty v objektu. Hmotnost se mění pouze tehdy, je -li předmět fyzicky změněn, zatímco hmotnost se mění v závislosti na gravitaci okolí objektu. Hmotnost se měří v kilogramech (kg), zatímco hmotnost se měří v Newtonech (N).
- Stejně jako energii nelze hmotu vytvářet ani ničit, ale může měnit formu. Například kostky ledu tají na kapalinu, ale v obou typech forem mají stále stejnou hmotnost.
Krok 4. Pochopte, že hmotnost a energie jsou ekvivalentní
Tato rovnice uvádí, že hmotnost a energie jsou ekvivalentní, a říká, kolik energie je obsaženo v daném množství hmoty. V zásadě tato rovnice vysvětluje, že malá hmota je ve skutečnosti plná velké energie.
Část 2 ze 2: Aplikace rovnic v reálném světě
Krok 1. Pochopte, odkud pochází použitá energie
Většina energie, kterou spotřebujeme, pochází ze spalování uhlí a zemního plynu. Spalování těchto látek využívá valenčních elektronů (nepárových elektronů v nejvzdálenějším obalu atomů) a vazeb vytvořených s jinými prvky. Když se přidá teplo, tyto vazby se rozbijí a uvolněná energie se použije jako zdroj energie.
Získávání energie touto metodou je velmi neefektivní a poškozuje životní prostředí
Krok 2. Aplikujte Einsteinovy rovnice, aby byla přeměna energie efektivnější
E = mc2nám říká, že v jádru atomu je uloženo více energie než ve valenčních elektronech. Energie uvolněná z atomového štěpení je mnohem vyšší než energie rozbití elektronových vazeb.
Na tomto principu je založena jaderná energie. Jaderné reaktory způsobují štěpení atomů a zachycují velké množství uvolněné energie
Krok 3. Objevte technologie vytvořené E = mc2.
E = mc2 umožnilo vytvoření mnoha nových a vzrušujících technologií, mezi nimiž jsme se stali našimi primárními potřebami:
- PET vyšetření pomocí radioaktivity zjišťuje, co je uvnitř těla.
- Tato rovnice umožňuje rozvoj telekomunikací se satelity a roverem.
- Radiokarbonové datování využívá k určení stáří starověkých předmětů radioaktivní rozklad založený na této rovnici.
- Jaderná energie poskytuje čistší a efektivnější zdroj energie pro naši společnost.
