U revolucionarnom znanstvenom djelu koje je otkrio Albert Einstein 1905. godine, E = mc2 uveden, gdje: E je energija, m je masa, a c je brzina svjetlosti u vakuumu. Od tada je E = mc2 postala jedna od najpriznatijih jednadžbi na svijetu. Zapravo, ljudi bez fizičkog iskustva barem su čuli za ovu jednadžbu i svjesni su njezinog ogromnog utjecaja na svijet. Međutim, većina ljudi ne zna što jednadžba znači. Jednostavno rečeno, ova jednadžba predstavlja korelaciju energije u materiju: u biti, energija i materija su dva oblika iste stvari. Ova jednostavna jednadžba promijenila je način na koji razmišljamo o energiji i dovela je do različitih tehnoloških napretka.
Korak
1. dio 2: Razumijevanje jednadžbi
Korak 1. Definirajte varijable jednadžbe
Prvi korak u razumijevanju jednadžbe je poznavanje značenja svake varijable. U ovom slučaju, E je energija nepomičnog objekta, m je masa objekta, a c je brzina svjetlosti u vakuumu.
Brzina svjetlosti (c) je konstanta koja je jednaka u svakoj jednadžbi i približno je jednaka 3,00x108 metara u sekundi. U kontekstu Einsteinove relativnosti, c2 funkcionira više kao faktor konverzije jedinice nego konstanta. Stoga se c daje na kvadrat kao rezultat dimenzionalne analize (energija se mjeri u džulima ili kg m)2 s-2) tako da se dodavanjem c2 kako bi se osiguralo da je odnos energije i mase dimenzionalno dosljedan.
Korak 2. Shvatite što je energija
Postoje mnogi oblici energije, uključujući toplinu, električnu energiju, kemikalije, nuklearnu i druge. Energija se prenosi između različitih sustava (daje snagu jednom sustavu, a crpi energiju iz drugog).
Energija se ne može stvoriti ili uništiti, samo se transformirati u različite oblike. Na primjer, ugljen ima puno potencijalne energije koja se pri sagorijevanju pretvara u toplinsku energiju
Korak 3. Definirajte pojam mase
Masa se općenito definira kao količina tvari u objektu.
- Postoji i druga definicija mase. Postoje pojmovi "energija mirovanja" i "relativistička masa". Energija odmora je masa koja je konstantna i ne mijenja se, bez obzira na referentni okvir koji koristite. S druge strane. relativistička masa ovisi o brzini objekta. U jednadžbi E = mc2, m se odnosi na energiju mirovanja. Ovo je jako važno jer znači vaša masa Ne povećava čak i ako povećate brzinu, suprotno uvriježenom mišljenju.
- Treba shvatiti da su masa i težina dvije različite stvari. Težina je gravitacijska sila koju objekt osjeća, dok je masa količina tvari u objektu. Masa se mijenja samo ako se objekt fizički promijeni, dok se težina mijenja ovisno o težini okoline objekta. Masa se mjeri u kilogramima (kg), dok se težina mjeri u Newtonima (N).
- Poput energije, masa se ne može stvoriti ili uništiti, ali može promijeniti oblik. Na primjer, kocke leda se tope u tekućini, ali i dalje imaju istu masu u obje vrste oblika.
Korak 4. Shvatite da su masa i energija ekvivalentni
Ova jednadžba kaže da su masa i energija ekvivalentni i govori koliko energije sadrži određena količina mase. U osnovi, ova jednadžba objašnjava da je mala masa zapravo puna velike energije.
2. dio 2: Primjena jednadžbi u stvarnom svijetu
Korak 1. Shvatite odakle dolazi energija koja se koristi
Većina energije koju trošimo dolazi izgaranjem ugljena i zemnog plina. Izgaranjem ovih tvari koriste se valentni elektroni (nespareni elektroni u najudaljenijoj ljusci atoma) i veze napravljene s drugim elementima. Kad se doda toplina, te se veze prekidaju i oslobođena energija se koristi kao izvor energije.
Dobivanje energije ovom metodom vrlo je neučinkovito i štetno za okoliš
Korak 2. Primijenite Einsteinove jednadžbe kako biste pretvorbu energije učinili učinkovitijom
E = mc2govori nam da je u jezgri atoma pohranjeno više energije nego u valentnim elektronima. Energija oslobođena atomskom fisijom mnogo je veća od energije razbijanja elektronskih veza.
Nuklearna energija temelji se na ovom principu. Nuklearni reaktori uzrokuju atomsku fisiju i hvataju velike količine oslobođene energije
Korak 3. Otkrijte tehnologije koje je stvorio E = mc2.
E = mc2 je omogućio stvaranje mnogih novih i uzbudljivih tehnologija, među kojima smo postali naše primarne potrebe:
- PET skeniranje koristi radioaktivnost da vidi što se nalazi u tijelu.
- Ova jednadžba omogućuje razvoj telekomunikacija sa satelitima i roverom.
- Radiokarbonsko datiranje koristi radioaktivno razlaganje na temelju ove jednadžbe za određivanje starosti starih objekata.
- Nuklearna energija pruža čistiji i učinkovitiji izvor energije za naše društvo.
