В революционна научна работа, открита от Алберт Айнщайн през 1905 г., E = mc2 въведена, където: E е енергия, m е маса, а c е скоростта на светлината във вакуум. Оттогава E = mc2 се превърна в едно от най -признатите уравнения в света. Всъщност хората без опит в областта на физиката поне са чували за това уравнение и са наясно с огромното му въздействие върху света. Повечето хора обаче не знаят какво означава уравнението. Просто казано, това уравнение представлява корелацията на енергията с материята: по същество енергията и материята са две форми на едно и също нещо. Това просто уравнение е променило начина ни на мислене за енергията и е породило различни технологични постижения.
Стъпка
Част 1 от 2: Разбиране на уравнения
Стъпка 1. Определете променливите на уравнението
Първата стъпка към разбирането на уравнението е познаването на значението на всяка от променливите. В този случай E е енергията на неподвижен обект, m е масата на обекта, а c е скоростта на светлината във вакуум.
Скоростта на светлината (c) е константа, която е равна във всяко уравнение и е приблизително равна на 3.00x108 метра в секунда. В контекста на относителността на Айнщайн, c2 функционира повече като коефициент на преобразуване на единица, отколкото като константа. Следователно, c е на квадрат в резултат на размерния анализ (енергията се измерва в джаули, или kg m2 с-2), така че добавянето на c2 за да се гарантира, че връзката между енергия и маса е в съответствие с размерите.
Стъпка 2. Разберете какво е енергия
Има много форми на енергия, включително топлина, електричество, химикали, ядрена и други. Енергията се прехвърля между различни системи (осигуряваща захранване на една система, докато черпи енергия от друга).
Енергията не може да бъде създадена или унищожена, а само трансформирана в различни форми. Например въглищата имат много потенциална енергия, която при изгаряне се превръща в топлинна енергия
Стъпка 3. Определете понятието маса
Масата обикновено се определя като количеството материя в обект.
- Има и друго определение за маса. Има термини "енергия на покой" и "релативистична маса". Енергията на покой е масата, която е постоянна и не се променя, без значение каква референтна рамка използвате. От друга страна. релативистичната маса зависи от скоростта на обекта. В уравнението E = mc2, m се отнася до енергията на покой. Това е много важно, защото означава вашата маса не се увеличава дори ако наберете скорост, противно на общоприетото схващане.
- Трябва да се разбере, че масата и теглото са две различни неща. Теглото е гравитационната сила, изпитвана от обект, докато масата е количеството материя в обекта. Масата се променя само ако обектът е физически променен, докато теглото се променя в зависимост от тежестта на обкръжението на обекта. Масата се измерва в килограми (kg), докато теглото се измерва в Нютони (N).
- Подобно на енергията, масата не може да бъде създадена или унищожена, но може да промени формата си. Например, кубчетата лед се топят в течност, но все пак имат еднаква маса и в двата вида форми.
Стъпка 4. Разберете, че масата и енергията са еквивалентни
Това уравнение гласи, че масата и енергията са еквивалентни и показва колко енергия се съдържа в дадено количество маса. По принцип това уравнение обяснява, че малка маса всъщност е пълна с голяма енергия.
Част 2 от 2: Прилагане на уравнения в реалния свят
Стъпка 1. Разберете откъде идва използваната енергия
По -голямата част от енергията, която консумираме, идва от изгарянето на въглища и природен газ. При изгарянето на тези вещества се използват валентни електрони (несдвоени електрони в най -външната обвивка на атомите) и връзки, направени с други елементи. Когато се добави топлина, тези връзки се скъсват и освободената енергия се използва като източник на енергия.
Получаването на енергия чрез този метод е много неефективно и уврежда околната среда
Стъпка 2. Приложете уравненията на Айнщайн, за да направите преобразуването на енергията по -ефективно
E = mc2ни казва, че в ядрото на атома се съхранява повече енергия, отколкото във валентните електрони. Енергията, освободена от атомното делене, е много по -висока от тази на разрушаването на електронните връзки.
Ядрената енергия се основава на този принцип. Ядрените реактори причиняват атомно делене и улавят големи количества освободена енергия
Стъпка 3. Открийте технологиите, създадени от E = mc2.
E = mc2 позволи създаването на много нови и вълнуващи технологии, сред които ние се превърнахме в нашите първични нужди:
- PET сканирането използва радиоактивност, за да види какво има вътре в тялото.
- Това уравнение дава възможност за развитие на телекомуникации със спътници и роувър.
- Радиовъглеродното датиране използва радиоактивно разлагане въз основа на това уравнение за определяне на възрастта на древните обекти.
- Ядрената енергия осигурява по -чист и по -ефективен източник на енергия за нашето общество.
