I et revolutionerende videnskabeligt arbejde opdaget af Albert Einstein i 1905, E = mc2 introduceret, hvor: E er energi, m er masse, og c er lysets hastighed i et vakuum. Siden da er E = mc2 er blevet en af de mest anerkendte ligninger i verden. Faktisk har mennesker uden en baggrund i fysik i det mindste hørt om denne ligning og er klar over dens enorme indvirkning på verden. De fleste mennesker ved imidlertid ikke, hvad ligningen betyder. Kort sagt repræsenterer denne ligning energiens korrelation til stof: i det væsentlige er energi og stof to former for det samme. Denne enkle ligning har ændret den måde, vi tænker om energi på og har givet anledning til forskellige teknologiske fremskridt.
Trin
Del 1 af 2: Forståelse af ligninger
Trin 1. Definer ligningsvariablerne
Det første trin til at forstå ligningen er at kende betydningen af hver af variablerne. I dette tilfælde er E energien for et stationært objekt, m er objektets masse, og c er lysets hastighed i et vakuum.
Lysets hastighed (c) er en konstant, der er lig i hver ligning og er omtrent lig med 3,00x108 meter i sekundet. I forbindelse med Einsteins relativitet, c2 fungerer mere som en enhedsomregningsfaktor end en konstant. Derfor er c kvadreret som et resultat af dimensionsanalysen (energi måles i joule eller kg m2 s-2), så tilføjelsen af c2 at sikre, at forholdet mellem energi og masse er dimensionelt konsistent.
Trin 2. Forstå, hvad energi er
Der er mange former for energi, herunder varme, elektricitet, kemikalier, atomkraft og andre. Energi overføres mellem forskellige systemer (leverer strøm til et system, mens energi hentes fra et andet).
Energi kan ikke skabes eller ødelægges, kun omdannes til forskellige former. For eksempel har kul en masse potentiel energi, der bliver til varmeenergi, når den brændes
Trin 3. Definer begrebet masse
Masse defineres generelt som mængden af stof i et objekt.
- Der er også en anden definition af masse. Der er udtryk "hvileenergi" og "relativistisk masse". Restenergi er masse, der er konstant og ikke ændrer sig, uanset hvilken referenceramme du bruger. På den anden side. relativistisk masse afhænger af objektets hastighed. I ligningen E = mc2, m refererer til restenergien. Dette er meget vigtigt, fordi det betyder din masse ingen stiger, selvom du tager fart, i modsætning til hvad mange tror.
- Det skal forstås, at masse og vægt er to forskellige ting. Vægt er den tyngdekraft, der mærkes af et objekt, mens masse er mængden af stof i objektet. Massen ændres kun, hvis objektet ændres fysisk, mens vægten ændres afhængigt af tyngdekraften i objektets omgivelser. Massen måles i kilogram (kg), mens vægten måles i Newton (N).
- Ligesom energi kan masse ikke skabes eller ødelægges, men den kan ændre form. For eksempel smelter isterninger til væske, men har stadig den samme masse i begge former.
Trin 4. Forstå, at masse og energi er ækvivalente
Denne ligning siger, at masse og energi er ækvivalente, og fortæller, hvor meget energi der er indeholdt i en given mængde masse. Grundlæggende forklarer denne ligning, at en lille masse faktisk er fuld af stor energi.
Del 2 af 2: Anvendelse af ligninger i den virkelige verden
Trin 1. Forstå, hvor den anvendte energi kommer fra
Det meste af den energi, vi forbruger, stammer fra afbrænding af kul og naturgas. Forbrændingen af disse stoffer gør brug af valenselektroner (uparede elektroner i atomernes yderste skal) og bindinger med andre grundstoffer. Når der tilføres varme, brydes disse bindinger, og den frigivne energi bruges som en strømkilde.
At skaffe energi gennem denne metode er meget ineffektivt og skadeligt for miljøet
Trin 2. Anvend Einsteins ligninger for at gøre energiomdannelsen mere effektiv
E = mc2fortæller os, at der er mere energi lagret i atomets kerne end i valenselektronerne. Energien frigivet fra atomfission er meget højere end for at bryde elektronbindinger.
Atomkraft er baseret på dette princip. Atomreaktorer forårsager atomfission og fanger store mængder energi frigivet
Trin 3. Opdag de teknologier, der er skabt af E = mc2.
E = mc2 har gjort det muligt at skabe mange nye og spændende teknologier, blandt hvilke vi er blevet vores primære behov:
- En PET -scanning bruger radioaktivitet til at se, hvad der er inde i kroppen.
- Denne ligning giver mulighed for udvikling af telekommunikation med satellitter og rover.
- Radiocarbon dating bruger radioaktiv nedbrydning baseret på denne ligning til at bestemme alderen på gamle objekter.
- Atomenergi giver en renere og mere effektiv energikilde for vores samfund.
