Revolucionārā zinātniskā darbā, ko 1905. gadā atklāja Alberts Einšteins, E = mc2 ieviests, kur: E ir enerģija, m ir masa un c ir gaismas ātrums vakuumā. Kopš tā laika E = mc2 ir kļuvis par vienu no atzītākajiem vienādojumiem pasaulē. Patiesībā cilvēki bez fizikas zināšanām vismaz ir dzirdējuši par šo vienādojumu un apzinās tā milzīgo ietekmi uz pasauli. Tomēr lielākā daļa cilvēku nezina, ko nozīmē vienādojums. Vienkārši sakot, šis vienādojums atspoguļo enerģijas korelāciju matērijā: būtībā enerģija un matērija ir vienas un tās pašas lietas divas formas. Šis vienkāršais vienādojums ir mainījis veidu, kā mēs domājam par enerģiju, un ir radījis dažādus tehnoloģiskus sasniegumus.
Solis
1. daļa no 2: Vienādojumu izpratne
1. solis. Definējiet vienādojuma mainīgos
Pirmais solis vienādojuma izpratnē ir zināt katra mainīgā nozīmi. Šajā gadījumā E ir nekustīga objekta enerģija, m ir objekta masa, un c ir gaismas ātrums vakuumā.
Gaismas ātrums (c) ir konstante, kas ir vienāda katrā vienādojumā un ir aptuveni vienāda ar 3,00x108 metri sekundē. Einšteina relativitātes kontekstā, c2 darbojas vairāk kā vienības konversijas koeficients nekā konstante. Tāpēc dimensiju analīzes rezultātā c tiek kvadrātā (enerģija tiek mērīta džoulos vai kg m2 s-2), lai pievienotu c2 lai nodrošinātu, ka attiecības starp enerģiju un masu ir dimensijās konsekventas.
2. solis. Izprotiet, kas ir enerģija
Ir daudz enerģijas veidu, tostarp siltums, elektrība, ķīmiskās vielas, kodolenerģija un citi. Enerģija tiek pārnesta starp dažādām sistēmām (nodrošinot enerģiju vienai sistēmai, vienlaikus izmantojot enerģiju no citas).
Enerģiju nevar radīt vai iznīcināt, tikai pārveidot dažādās formās. Piemēram, oglēm ir daudz potenciālās enerģijas, kas sadedzinot pārvēršas siltumenerģijā
3. solis. Definējiet masas jēdzienu
Masu parasti definē kā vielas daudzumu objektā.
- Ir arī cita masas definīcija. Ir termini "atpūtas enerģija" un "relativistiskā masa". Atpūtas enerģija ir masa, kas ir nemainīga un nemainās neatkarīgi no tā, kādu atskaites sistēmu jūs izmantojat. No otras puses. relativistiskā masa ir atkarīga no objekta ātruma. Vienādojumā E = mc2, m attiecas uz pārējo enerģiju. Tas ir ļoti svarīgi, jo tas nozīmē jūsu masu Nē palielinās pat tad, ja uzņemat ātrumu, pretēji izplatītajam uzskatam.
- Jāsaprot, ka masa un svars ir divas dažādas lietas. Svars ir gravitācijas spēks, ko izjūt objekts, bet masa ir matērijas daudzums objektā. Masa mainās tikai tad, ja objekts tiek fiziski mainīts, bet svars mainās atkarībā no objekta apkārtējās vides smaguma. Masu mēra kilogramos (kg), bet svaru - ņūtonos (N).
- Tāpat kā enerģiju, masu nevar radīt vai iznīcināt, bet tā var mainīt formu. Piemēram, ledus gabaliņi izkausē šķidrumā, bet tiem joprojām ir vienāda masa abu veidu veidos.
Solis 4. Saprotiet, ka masa un enerģija ir līdzvērtīgas
Šis vienādojums nosaka, ka masa un enerģija ir līdzvērtīgas, un norāda, cik daudz enerģijas ir ietverts noteiktā masas daudzumā. Būtībā šis vienādojums izskaidro, ka maza masa patiesībā ir pilna ar lielu enerģiju.
2. daļa no 2: Vienādojumu pielietošana reālajā pasaulē
1. solis. Izprotiet, no kurienes tiek iegūta enerģija
Lielākā daļa enerģijas, ko patērējam, nāk no ogļu un dabasgāzes dedzināšanas. Šo vielu sadegšanā tiek izmantoti valences elektroni (nepāra elektroni atomu ārējā apvalkā) un saites, kas izveidotas ar citiem elementiem. Pievienojot siltumu, šīs saites tiek pārtrauktas un izdalītā enerģija tiek izmantota kā enerģijas avots.
Enerģijas iegūšana, izmantojot šo metodi, ir ļoti neefektīva un kaitē videi
2. solis. Izmantojiet Einšteina vienādojumus, lai padarītu enerģijas pārveidošanu efektīvāku
E = mc2stāsta, ka atoma kodolā ir vairāk enerģijas nekā valences elektronos. Enerģija, kas izdalās no atomu skaldīšanas, ir daudz lielāka nekā elektronisko saišu pārrāvuma enerģija.
Kodolenerģija balstās uz šo principu. Kodolreaktori izraisa atomu skaldīšanu un uztver lielu atbrīvotās enerģijas daudzumu
3. solis. Atklājiet E = mc radītās tehnoloģijas2.
E = mc2 ir ļāvis izveidot daudzas jaunas un aizraujošas tehnoloģijas, starp kurām mēs esam kļuvuši par mūsu galvenajām vajadzībām:
- PET skenēšana izmanto radioaktivitāti, lai redzētu, kas atrodas ķermeņa iekšienē.
- Šis vienādojums ļauj attīstīt telekomunikācijas ar satelītiem un rover.
- Radiokarbona datēšanā tiek izmantota radioaktīvā sadalīšanās, pamatojoties uz šo vienādojumu, lai noteiktu seno priekšmetu vecumu.
- Kodolenerģija mūsu sabiedrībai nodrošina tīrāku un efektīvāku enerģijas avotu.
