In 'n revolusionêre wetenskaplike werk wat deur Albert Einstein in 1905 ontdek is, is E = mc2 ingevoer, waar: E energie is, m massa is en c die spoed van lig in 'n vakuum is. Sedertdien is E = mc2 het een van die mees erkende vergelykings ter wêreld geword. Trouens, mense sonder 'n fisiese agtergrond het ten minste van hierdie vergelyking gehoor en is bewus van die geweldige impak daarvan op die wêreld. Die meeste mense weet egter nie wat die vergelyking beteken nie. Eenvoudig gestel, hierdie vergelyking verteenwoordig die korrelasie van energie in materie: in wese is energie en materie twee vorme van dieselfde ding. Hierdie eenvoudige vergelyking het die manier waarop ons oor energie dink, verander en tot verskeie tegnologiese vooruitgang gelei.
Stap
Deel 1 van 2: Begrip van vergelykings
Stap 1. Definieer die vergelykingsveranderlikes
Die eerste stap om die vergelyking te verstaan, is om die betekenis van elk van die veranderlikes te ken. In hierdie geval is E die energie van 'n stilstaande voorwerp, m is die massa van die voorwerp en c is die spoed van lig in 'n vakuum.
Die ligspoed (c) is 'n konstante wat in elke vergelyking gelyk is en ongeveer 3,00x10 is8 meter per sekonde. In die konteks van Einstein se relatiwiteit, c2 funksioneer meer as 'n eenheidsomskakelingsfaktor as 'n konstante. Daarom word c in die vierkant as gevolg van die dimensionele analise (energie word gemeet in joule, of kg m2 s-2) sodat die toevoeging van c2 om te verseker dat die verhouding tussen energie en massa dimensioneel konsekwent is.
Stap 2. Verstaan wat energie is
Daar is baie vorme van energie, insluitend hitte, elektrisiteit, chemikalieë, kernkrag, en ander. Energie word oorgedra tussen verskillende stelsels (die verskaffing van krag aan een stelsel terwyl energie uit 'n ander verkry word).
Energie kan nie geskep of vernietig word nie, slegs in verskillende vorme omskep word. Steenkool het byvoorbeeld baie potensiële energie wat in hitte -energie verander as dit verbrand word
Stap 3. Definieer die begrip massa
Gewig word massa gedefinieer as die hoeveelheid materie in 'n voorwerp.
- Daar is ook 'n ander definisie van massa. Daar is terme "rusenergie" en "relativistiese massa". Rusenergie is massa wat konstant is en nie verander nie, ongeag die verwysingsraamwerk wat u gebruik. Aan die ander kant. relativistiese massa hang af van die snelheid van die voorwerp. In die vergelyking E = mc2, m verwys na die res energie. Dit is baie belangrik, want dit beteken u massa geen neem toe, selfs as u spoed optel, in teenstelling met die algemene opvatting.
- Daar moet verstaan word dat massa en gewig twee verskillende dinge is. Gewig is die gravitasiekrag wat 'n voorwerp voel, terwyl massa die hoeveelheid materie in die voorwerp is. Die massa verander slegs as die voorwerp fisies verander word, terwyl die gewig verander na gelang van die erns van die omgewing. Massa word gemeet in kilogram (kg) terwyl gewig in Newton (N) gemeet word.
- Net soos energie, kan massa nie geskep of vernietig word nie, maar dit kan van vorm verander. Ysblokkies smelt byvoorbeeld in vloeistof, maar het steeds dieselfde massa in beide vorme.
Stap 4. Verstaan dat massa en energie ekwivalent is
Hierdie vergelyking bepaal dat massa en energie ekwivalent is, en vertel hoeveel energie in 'n gegewe hoeveelheid massa is. Hierdie vergelyking verduidelik basies dat 'n klein massa eintlik vol energie is.
Deel 2 van 2: Toepassing van vergelykings in die werklike wêreld
Stap 1. Verstaan waar die energie wat gebruik word vandaan kom
Die meeste energie wat ons verbruik, kom uit die verbranding van steenkool en aardgas. Die verbranding van hierdie stowwe maak gebruik van valenselektrone (ongepaarde elektrone in die buitenste dop van atome) en bindings wat met ander elemente gemaak word. As hitte bygevoeg word, word hierdie bindings verbreek en die energie wat vrygestel word, word as 'n kragbron gebruik.
Die verkryging van energie deur hierdie metode is baie ondoeltreffend en skadelik vir die omgewing
Stap 2. Pas Einstein se vergelykings toe om die omskakeling van energie doeltreffender te maak
E = mc2vertel ons dat daar meer energie in die kern van 'n atoom gestoor is as in die valenselektrone. Die energie wat uit atoomsplitsing vrygestel word, is baie hoër as die van die verbreking van elektronbindings.
Kernkrag is gebaseer op hierdie beginsel. Kernreaktors veroorsaak atoomsplitsing en vang groot hoeveelhede energie vry wat vrygestel word
Stap 3. Ontdek die tegnologieë wat deur E = mc geskep is2.
E = mc2 het die skepping van baie nuwe en opwindende tegnologieë moontlik gemaak, waaronder ons ons belangrikste behoeftes geword het:
- 'N PET -skandering gebruik radioaktiwiteit om te sien wat in die liggaam voorkom.
- Hierdie vergelyking maak voorsiening vir die ontwikkeling van telekommunikasie met satelliete en rover.
- Radiokoolstofdatering gebruik radioaktiewe ontbinding op grond van hierdie vergelyking om die ouderdom van antieke voorwerpe te bepaal.
- Kernenergie bied 'n skoner en doeltreffender bron van energie vir ons samelewing.
