В революционной научной работе, открытой Альбертом Эйнштейном в 1905 году, E = mc2 введено, где: E - энергия, m - масса, c - скорость света в вакууме. С тех пор E = mc2 стало одним из самых узнаваемых уравнений в мире. Фактически, люди без образования в области физики, по крайней мере, слышали об этом уравнении и осознают его огромное влияние на мир. Однако большинство людей не знают, что означает это уравнение. Проще говоря, это уравнение представляет собой соотношение энергии и материи: по сути, энергия и материя - это две формы одного и того же. Это простое уравнение изменило наше представление об энергии и привело к различным технологическим достижениям.
Шаг
Часть 1 из 2: понимание уравнений
Шаг 1. Определите переменные уравнения
Первым шагом к пониманию уравнения является знание значения каждой из переменных. В этом случае E - энергия неподвижного объекта, m - масса объекта, а c - скорость света в вакууме.
Скорость света (c) является константой, равной в каждом уравнении и приблизительно равной 3,00x10.8 метров в секунду. В контексте теории относительности Эйнштейна c2 действует больше как коэффициент преобразования единиц, чем как константа. Следовательно, c возводится в квадрат в результате анализа размеров (энергия измеряется в джоулях или кг · м2 s-2), так что добавление c2 чтобы гарантировать, что соотношение между энергией и массой является неизменным по размерам.
Шаг 2. Разберитесь, что такое энергия
Есть много форм энергии, включая тепловую, электрическую, химическую, ядерную и другие. Энергия передается между различными системами (обеспечивая питание одной системы и забирая энергию из другой).
Энергия не может быть создана или уничтожена, ее можно только преобразовать в разные формы. Например, уголь имеет много потенциальной энергии, которая при сжигании превращается в тепловую энергию
Шаг 3. Определите понятие массы
Масса обычно определяется как количество вещества в объекте.
- Есть еще одно определение массы. Есть термины «энергия покоя» и «релятивистская масса». Энергия покоя - это масса, которая постоянна и не меняется, какую бы систему отсчета вы ни использовали. С другой стороны. релятивистская масса зависит от скорости объекта. В уравнении E = mc2, m относится к энергии покоя. Это очень важно, потому что это означает, что ваша масса нет увеличивается, даже если вы набираете скорость, вопреки распространенному мнению.
- Следует понимать, что масса и вес - это разные вещи. Вес - это сила тяжести, которую ощущает объект, а масса - это количество вещества в объекте. Масса изменяется только в том случае, если объект физически изменяется, в то время как вес изменяется в зависимости от силы тяжести окружающего объекта. Масса измеряется в килограммах (кг), а вес - в ньютонах (Н).
- Как и энергия, массу нельзя создать или разрушить, но она может менять форму. Например, кубики льда растворяются в жидкости, но имеют одинаковую массу в обоих типах форм.
Шаг 4. Поймите, что масса и энергия эквивалентны
Это уравнение утверждает, что масса и энергия эквивалентны, и говорит, сколько энергии содержится в данном количестве массы. По сути, это уравнение объясняет, что небольшая масса на самом деле наполнена большой энергией.
Часть 2 из 2: Применение уравнений в реальном мире
Шаг 1. Разберитесь, откуда берется энергия
Большая часть потребляемой нами энергии поступает от сжигания угля и природного газа. При сгорании этих веществ используются валентные электроны (неспаренные электроны во внешней оболочке атомов) и связи с другими элементами. Когда добавляется тепло, эти связи разрываются, и выделяемая энергия используется в качестве источника энергии.
Получение энергии с помощью этого метода очень неэффективно и наносит ущерб окружающей среде
Шаг 2. Примените уравнения Эйнштейна, чтобы сделать преобразование энергии более эффективным
E = mc2говорит нам, что в ядре атома хранится больше энергии, чем в валентных электронах. Энергия, выделяемая при делении атома, намного выше, чем при разрыве электронных связей.
На этом принципе основана атомная энергетика. Ядерные реакторы вызывают деление атомов и захватывают большое количество выделяющейся энергии
Шаг 3. Откройте для себя технологии, созданные E = mc2.
E = mc2 позволил создать множество новых захватывающих технологий, среди которых мы стали нашими первоочередными потребностями:
- При ПЭТ-сканировании используется радиоактивность, чтобы увидеть, что находится внутри тела.
- Это уравнение позволяет развивать телекоммуникации со спутниками и вездеходом.
- Радиоуглеродное датирование использует радиоактивное разложение на основе этого уравнения для определения возраста древних объектов.
- Ядерная энергия является более чистым и эффективным источником энергии для нашего общества.
