V revolucionarnem znanstvenem delu, ki ga je leta 1905 odkril Albert Einstein, je E = mc2 kjer je: E energija, m masa in c hitrost svetlobe v vakuumu. Od takrat je E = mc2 je postala ena najbolj priznanih enačb na svetu. Pravzaprav so ljudje brez fizičnega znanja vsaj slišali za to enačbo in se zavedajo njenega ogromnega vpliva na svet. Vendar večina ljudi ne ve, kaj pomeni enačba. Preprosto povedano, ta enačba predstavlja korelacijo energije v materijo: v bistvu sta energija in snov dve obliki iste stvari. Ta preprosta enačba je spremenila način razmišljanja o energiji in povzročila različne tehnološke napredke.
Korak
1. del 2: Razumevanje enačb
Korak 1. Določite spremenljivke enačbe
Prvi korak k razumevanju enačbe je poznavanje pomena vsake spremenljivke. V tem primeru je E energija mirujočega predmeta, m masa predmeta in c hitrost svetlobe v vakuumu.
Hitrost svetlobe (c) je konstanta, ki je v vsaki enačbi enaka in je približno enaka 3,00x108 metrov na sekundo. V kontekstu Einsteinove relativnosti je c2 deluje bolj kot faktor pretvorbe enote kot konstanta. Zato je c kot rezultat dimenzijske analize na kvadrat (energija se meri v džulih ali kg m)2 s-2), tako da bo dodatek c2 zagotoviti, da je razmerje med energijo in maso dimenzijsko skladno.
Korak 2. Razumeti, kaj je energija
Obstaja veliko oblik energije, vključno s toploto, elektriko, kemikalijami, jedrsko energijo in drugimi. Energija se prenaša med različnimi sistemi (zagotavlja energijo enemu sistemu, medtem ko črpa energijo iz drugega).
Energije ni mogoče ustvariti ali uničiti, le preoblikovati jo v različne oblike. Premog ima na primer veliko potencialne energije, ki se pri sežiganju spremeni v toplotno energijo
Korak 3. Določite pojem mase
Masa je na splošno opredeljena kot količina snovi v predmetu.
- Obstaja tudi druga definicija mase. Obstajata izraza "energija počitka" in "relativistična masa". Energija počitka je masa, ki je konstantna in se ne spreminja, ne glede na referenčni okvir. Po drugi strani. relativistična masa je odvisna od hitrosti predmeta. V enačbi E = mc2, m se nanaša na energijo počitka. To je zelo pomembno, saj pomeni vašo maso ne se poveča, tudi če povečate hitrost, v nasprotju s splošnim prepričanjem.
- Treba je razumeti, da sta masa in teža dve različni stvari. Teža je gravitacijska sila, ki jo čuti predmet, medtem ko je masa količina snovi v predmetu. Masa se spremeni le, če je predmet fizično spremenjen, medtem ko se teža spreminja glede na težo okolice predmeta. Masa se meri v kilogramih (kg), masa pa v Newtonih (N).
- Tako kot energije tudi mase ni mogoče ustvariti ali uničiti, lahko pa spremeni obliko. Kocke ledu se na primer stopijo v tekočino, vendar imajo v obeh oblikah še vedno enako maso.
Korak 4. Razumeti, da sta masa in energija enakovredni
Ta enačba navaja, da sta masa in energija enakovredni, in pove, koliko energije vsebuje določena količina mase. Ta enačba v bistvu pojasnjuje, da je majhna masa dejansko polna velike energije.
2. del 2: Uporaba enačb v resničnem svetu
Korak 1. Razumeti, od kod prihaja uporabljena energija
Večina energije, ki jo porabimo, izvira iz kurjenja premoga in zemeljskega plina. Pri izgorevanju teh snovi se uporabljajo valenčni elektroni (neparni elektroni v zunanji lupini atomov) in vezi z drugimi elementi. Ko dodamo toploto, se te vezi pretrgajo in sproščena energija se uporabi kot vir energije.
Pridobivanje energije s to metodo je zelo neučinkovito in škoduje okolju
Korak 2. Uporabite Einsteinove enačbe, da bo pretvorba energije učinkovitejša
E = mc2nam pove, da je v jedru atoma shranjeno več energije kot v valenčnih elektronih. Energija, sproščena pri cepitvi atoma, je veliko večja od energije pretrganja elektronskih vezi.
Jedrska energija temelji na tem načelu. Jedrski reaktorji povzročajo cepitev atoma in zajemajo velike količine sproščene energije
Korak 3. Odkrijte tehnologije, ki jih je ustvaril E = mc2.
E = mc2 je omogočilo ustvarjanje številnih novih in vznemirljivih tehnologij, med katerimi smo postali naše primarne potrebe:
- PET skeniranje uporablja radioaktivnost, da vidi, kaj je v telesu.
- Ta enačba omogoča razvoj telekomunikacij s sateliti in roverjem.
- Radiokarbonsko datiranje uporablja radioaktivno razgradnjo na podlagi te enačbe za določanje starosti starodavnih predmetov.
- Jedrska energija zagotavlja čistejši in učinkovitejši vir energije za našo družbo.
