Σε ένα επαναστατικό επιστημονικό έργο που ανακάλυψε ο Albert Einstein το 1905, E = mc2 εισάγεται, όπου: Ε είναι ενέργεια, m είναι μάζα και c είναι η ταχύτητα του φωτός σε κενό. Από τότε, E = mc2 έχει γίνει μια από τις πιο αναγνωρισμένες εξισώσεις στον κόσμο. Στην πραγματικότητα, οι άνθρωποι χωρίς υπόβαθρο στη φυσική έχουν τουλάχιστον ακούσει για αυτήν την εξίσωση και γνωρίζουν τον τεράστιο αντίκτυπό της στον κόσμο. Ωστόσο, οι περισσότεροι άνθρωποι δεν γνωρίζουν τι σημαίνει η εξίσωση. Με απλά λόγια, αυτή η εξίσωση αντιπροσωπεύει τη συσχέτιση της ενέργειας με την ύλη: στην ουσία, η ενέργεια και η ύλη είναι δύο μορφές του ίδιου πράγματος. Αυτή η απλή εξίσωση έχει αλλάξει τον τρόπο που σκεφτόμαστε την ενέργεια και έχει προκαλέσει διάφορες τεχνολογικές εξελίξεις.
Βήμα
Μέρος 1 από 2: Κατανόηση εξισώσεων
Βήμα 1. Ορίστε τις μεταβλητές εξίσωσης
Το πρώτο βήμα για την κατανόηση της εξίσωσης είναι να γνωρίζουμε το νόημα κάθε μιας από τις μεταβλητές. Σε αυτή την περίπτωση, Ε είναι η ενέργεια ενός ακίνητου αντικειμένου, m είναι η μάζα του αντικειμένου και c είναι η ταχύτητα του φωτός σε ένα κενό.
Η ταχύτητα του φωτός (γ) είναι μια σταθερά η οποία είναι ίση σε κάθε εξίσωση και είναι περίπου ίση με 3,00x108 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Στο πλαίσιο της σχετικότητας του Αϊνστάιν, γ2 λειτουργεί περισσότερο ως συντελεστής μετατροπής μονάδας παρά ως σταθερά. Επομένως, το c τετραγωνίζεται ως αποτέλεσμα της ανάλυσης διαστάσεων (η ενέργεια μετριέται σε joules, ή kg m2 μικρό-2) ώστε η προσθήκη του γ2 για να διασφαλιστεί ότι η σχέση ενέργειας και μάζας είναι διαστασιακά συνεπής.
Βήμα 2. Κατανοήστε τι είναι ενέργεια
Υπάρχουν πολλές μορφές ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της θερμότητας, του ηλεκτρισμού, των χημικών, της πυρηνικής και άλλων. Η ενέργεια μεταφέρεται μεταξύ διαφόρων συστημάτων (παρέχοντας ισχύ σε ένα σύστημα ενώ αντλεί ενέργεια από ένα άλλο).
Η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, αλλά μόνο να μετατραπεί σε διαφορετικές μορφές. Για παράδειγμα, ο άνθρακας έχει πολλή δυναμική ενέργεια που μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια όταν καίγεται
Βήμα 3. Ορίστε την έννοια της μάζας
Η μάζα ορίζεται γενικά ως η ποσότητα ύλης σε ένα αντικείμενο.
- Υπάρχει επίσης ένας άλλος ορισμός της μάζας. Υπάρχουν όροι "ενέργεια ανάπαυσης" και "σχετικιστική μάζα". Η ενέργεια ανάπαυσης είναι μάζα που είναι σταθερή και δεν αλλάζει, ανεξάρτητα από το πλαίσιο αναφοράς που χρησιμοποιείτε. Αφ 'ετέρου. η σχετικιστική μάζα εξαρτάται από την ταχύτητα του αντικειμένου. Στην εξίσωση Ε = mc2, m αναφέρεται στην ενέργεια ανάπαυσης. Αυτό είναι πολύ σημαντικό, γιατί σημαίνει τη μάζα σας όχι αυξάνεται ακόμη και αν ανεβάζετε ταχύτητα, σε αντίθεση με την κοινή πεποίθηση.
- Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η μάζα και το βάρος είναι δύο διαφορετικά πράγματα. Το βάρος είναι η βαρυτική δύναμη που αισθάνεται ένα αντικείμενο, ενώ η μάζα είναι η ποσότητα της ύλης στο αντικείμενο. Η μάζα αλλάζει μόνο εάν το αντικείμενο αλλάξει φυσικά, ενώ το βάρος αλλάζει ανάλογα με τη βαρύτητα του περιβάλλοντος του αντικειμένου. Η μάζα μετριέται σε χιλιόγραμμα (kg) ενώ το βάρος μετράται σε Newtons (N).
- Όπως και η ενέργεια, έτσι και η μάζα δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, αλλά μπορεί να αλλάξει μορφή. Για παράδειγμα, τα παγάκια λιώνουν σε υγρό, αλλά εξακολουθούν να έχουν την ίδια μάζα και στους δύο τύπους μορφών.
Βήμα 4. Κατανοήστε ότι μάζα και ενέργεια είναι ισοδύναμα
Αυτή η εξίσωση δηλώνει ότι η μάζα και η ενέργεια είναι ισοδύναμα και λέει πόση ενέργεια περιέχεται σε μια δεδομένη ποσότητα μάζας. Βασικά, αυτή η εξίσωση εξηγεί ότι μια μικρή μάζα είναι στην πραγματικότητα γεμάτη μεγάλη ενέργεια.
Μέρος 2 από 2: Εφαρμογή εξισώσεων στον πραγματικό κόσμο
Βήμα 1. Κατανοήστε από πού προέρχεται η ενέργεια που χρησιμοποιείται
Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που καταναλώνουμε προέρχεται από την καύση άνθρακα και φυσικού αερίου. Η καύση αυτών των ουσιών χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια σθένους (μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος ατόμων) και δεσμούς που γίνονται με άλλα στοιχεία. Όταν προστίθεται θερμότητα, αυτοί οι δεσμοί σπάνε και η ενέργεια που απελευθερώνεται χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας.
Η απόκτηση ενέργειας μέσω αυτής της μεθόδου είναι πολύ αναποτελεσματική και βλαβερή για το περιβάλλον
Βήμα 2. Εφαρμόστε τις εξισώσεις του Αϊνστάιν για να κάνετε τη μετατροπή ενέργειας πιο αποδοτική
Ε = mc2μας λέει ότι υπάρχει περισσότερη ενέργεια που αποθηκεύεται στον πυρήνα ενός ατόμου παρά στα ηλεκτρόνια σθένους. Η ενέργεια που απελευθερώνεται από την ατομική σχάση είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της θραύσης των δεσμών ηλεκτρονίων.
Η πυρηνική ενέργεια βασίζεται σε αυτήν την αρχή. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες προκαλούν ατομική σχάση και συλλαμβάνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας που απελευθερώνεται
Βήμα 3. Ανακαλύψτε τις τεχνολογίες που δημιουργήθηκαν από το E = mc2.
Ε = mc2 επέτρεψε τη δημιουργία πολλών νέων και συναρπαστικών τεχνολογιών, μεταξύ των οποίων έχουμε γίνει οι κύριες ανάγκες μας:
- Μια σάρωση PET χρησιμοποιεί ραδιενέργεια για να δει τι υπάρχει μέσα στο σώμα.
- Αυτή η εξίσωση επιτρέπει την ανάπτυξη τηλεπικοινωνιών με δορυφόρους και rover.
- Η χρονολόγηση ραδιοανθράκων χρησιμοποιεί ραδιενεργή αποσύνθεση με βάση αυτήν την εξίσωση για να προσδιορίσει την ηλικία των αρχαίων αντικειμένων.
- Η πυρηνική ενέργεια παρέχει μια πιο καθαρή και αποδοτική πηγή ενέργειας για την κοινωνία μας.
