Într-o lucrare științifică revoluționară descoperită de Albert Einstein în 1905, E = mc2 introdus, unde: E este energie, m este masă și c este viteza luminii în vid. De atunci, E = mc2 a devenit una dintre cele mai recunoscute ecuații din lume. De fapt, oamenii fără cunoștințe fizice au auzit cel puțin despre această ecuație și sunt conștienți de impactul său extraordinar asupra lumii. Cu toate acestea, majoritatea oamenilor nu știu ce înseamnă ecuația. Pur și simplu, această ecuație reprezintă corelația energiei în materie: în esență, energia și materia sunt două forme ale aceluiași lucru. Această ecuație simplă a schimbat modul în care gândim despre energie și a dat naștere la diferite progrese tehnologice.
Etapa
Partea 1 din 2: Înțelegerea ecuațiilor
Pasul 1. Definiți variabilele ecuației
Primul pas pentru înțelegerea ecuației este cunoașterea semnificației fiecărei variabile. În acest caz, E este energia unui obiect staționar, m este masa obiectului și c este viteza luminii în vid.
Viteza luminii (c) este o constantă care este egală în fiecare ecuație și este aproximativ egală cu 3,00x108 metri pe secundă. În contextul relativității lui Einstein, c2 funcționează mai mult ca factor de conversie a unității decât ca constantă. Prin urmare, c este pătrat ca rezultat al analizei dimensionale (energia este măsurată în juli sau kg m2 s-2) astfel încât adăugarea c2 pentru a se asigura că relația dintre energie și masă este consistentă dimensional.
Pasul 2. Înțelegeți ce este energia
Există multe forme de energie, inclusiv căldură, electricitate, produse chimice, nucleare și altele. Energia este transferată între diferite sisteme (furnizând energie unui sistem în timp ce extrage energie de la altul).
Energia nu poate fi creată sau distrusă, ci doar transformată în forme diferite. De exemplu, cărbunele are multă energie potențială care se transformă în energie termică atunci când este arsă
Pasul 3. Definiți noțiunea de masă
Masa este în general definită ca cantitatea de materie dintr-un obiect.
- Există, de asemenea, o altă definiție a masei. Există termeni „energie de repaus” și „masă relativistă”. Energia de odihnă este o masă care este constantă și nu se schimbă, indiferent de cadrul de referință pe care îl utilizați. Pe de altă parte. masa relativistă depinde de viteza obiectului. În ecuația E = mc2, m se referă la energia restului. Acest lucru este foarte important, deoarece înseamnă masa ta Nu crește chiar dacă accelerați viteza, contrar credinței populare.
- Ar trebui înțeles că masa și greutatea sunt două lucruri diferite. Greutatea este forța gravitațională resimțită de un obiect, în timp ce masa este cantitatea de materie din obiect. Masa se schimbă numai dacă obiectul este modificat fizic, în timp ce greutatea se schimbă în funcție de gravitatea mediului înconjurător al obiectului. Masa este măsurată în kilograme (kg), în timp ce greutatea este măsurată în Newtoni (N).
- La fel ca energia, masa nu poate fi creată sau distrusă, dar poate schimba forma. De exemplu, cuburile de gheață se topesc în lichid, dar au totuși aceeași masă în ambele tipuri de forme.
Pasul 4. Înțelegeți că masa și energia sunt echivalente
Această ecuație afirmă că masa și energia sunt echivalente și spune câtă energie este conținută într-o cantitate dată de masă. Practic, această ecuație explică faptul că o masă mică este de fapt plină de mare energie.
Partea 2 din 2: Aplicarea ecuațiilor în lumea reală
Pasul 1. Înțelegeți de unde provine energia utilizată
Cea mai mare parte a energiei pe care o consumăm provine din arderea cărbunelui și a gazelor naturale. Arderea acestor substanțe folosește electroni de valență (electroni neperecheați în învelișul exterior al atomilor) și legături făcute cu alte elemente. Când se adaugă căldură, aceste legături se rup și energia eliberată este utilizată ca sursă de energie.
Obținerea de energie prin această metodă este foarte ineficientă și dăunătoare mediului
Pasul 2. Aplicați ecuațiile lui Einstein pentru a face conversia energiei mai eficientă
E = mc2ne spune că există mai multă energie stocată în nucleul unui atom decât în electronii de valență. Energia eliberată de fisiunea atomică este mult mai mare decât cea de rupere a legăturilor electronice.
Energia nucleară se bazează pe acest principiu. Reactoarele nucleare provoacă fisiune atomică și captează cantități mari de energie eliberată
Pasul 3. Descoperiți tehnologiile create de E = mc2.
E = mc2 a permis crearea multor tehnologii noi și interesante, printre care am devenit nevoile noastre principale:
- O scanare PET utilizează radioactivitatea pentru a vedea ce este în interiorul corpului.
- Această ecuație permite dezvoltarea telecomunicațiilor cu sateliți și rover.
- Datarea cu radiocarbon utilizează descompunerea radioactivă pe baza acestei ecuații pentru a determina vârsta obiectelor antice.
- Energia nucleară oferă societății noastre o sursă de energie mai curată și mai eficientă.
