Sisältö

• Askeleet

Yhdessä Albert Einsteinin vuonna 1905 julkaistussa vallankumouksellisessa tieteellisessä artikkelissa esitettiin maailmalle kaava E = mc, jossa JA edustaa energia, m edustaa pasta ja ç, edustaa valon nopeus tyhjössä. Siitä lähtien E = mc: stä on tullut yksi maailman tunnetuimmista yhtälöistä. Jopa ihmiset, joilla ei ole fysiikan taustaa, ovat kuulleet siitä ja ovat tietoisia siitä poikkeuksellisesta vaikutuksesta, jota sillä on maailmallemme. Suurin osa heistä ei kuitenkaan ymmärrä tarkalleen tämän yhtälön merkitystä. Yksinkertaisesti sanottuna se edustaa korrelaatiota energian ja aineen välillä: käytännössä molemmat ovat vaihdettavissa. Tämä suhteellisen yksinkertainen yhtälö muutti tapaa ajatella energiaa ja antoi meille lukemattomia teknisiä edistysaskelia.

Askeleet

Menetelmä 1/2: Yhtälön ymmärtäminen

1. 

   
   
   Määritä yhtälön muuttujat. Ensimmäinen askel minkä tahansa yhtälön ymmärtämisessä on tietää, mitä kukin muuttuja edustaa. Tässä tapauksessa, JA edustaa energia esine levossa, m edustaa pasta esineen ja ç, edustaa valon nopeus tyhjössä.
   • Itse asiassa valon nopeus, ç, on vakio, jonka arvo on noin 3,00 × 10 metriä sekunnissa. C toimii Einsteinin suhteellisuussuhteessa enemmän muuntumisyksikönä kuin vakiona. Siksi se on neliö mitta-analyysin tuloksena - energia mitataan jouleina tai kg m s. Tässä mielessä lisäämällä c varmistaa, että energian ja massan välinen suhde pysyy mittasuhteessa yhdenmukaisena.

2. 

   
   
   Ymmärrä mitä pidetään energiana. Energiamuotoja on monia, mukaan lukien lämpö-, sähkö-, kemiallinen, ydinvoima ja muut. Se siirretään järjestelmien välillä, jotka antavat valtaa yhdelle niistä ottaen sen toiselta. Energian perusyksikkö on jouli (J).
   • Energiaa ei voida luoda tai tuhota, se voidaan muuttaa vain toiseen muotoon. Esimerkiksi hiilellä on paljon potentiaalista energiaa, joka muuttuu lämpöä palaessaan.
   • Esineen energia on yhtä suuri kuin sen massa kerrottuna nopeuden neliöllä. Tässä tapauksessa esineen nopeus on sama kuin nopeus, jolla valo liikkuu.

3. 

   
   
   Määrittele massan tarkoitus. Massana määritellään yleensä aineen määrä objektissa.
   • Massalle on olemassa muita määritelmiä. Siellä on "muuttumaton massa" ja "relativistinen massa". Invariantti massa on massa, joka pysyy vakiona riippumatta vertailupisteestä. Relativistinen massa puolestaan ​​riippuu esineen nopeudesta. Yhtälössä E = mc, m tarkoittaa epävarianttia massaa. Toisin sanoen esineesi massa ei kasvaa saavutetulla nopeudella.
   • On tärkeää ymmärtää, että massa ja paino ovat erilaisia ​​muuttujia. Paino edustaa esineen vastaanottamaa gravitaatiovoimaa, kun taas massa, vastaa aineen määrää siinä. Massa vaihtelee vain, jos esine fyysisesti muuttuu, mutta paino voi muuttua sen painovoimasta riippuen, missä se on. Massa mitataan kilogrammoina (kg) ja paino newtonina (N).
   • Kuten energiaa, massaa ei voidakaan luoda tai tuhota, mutta sen muoto voi muuttua. Esimerkiksi jääkuutio voi sulaa nestemäisessä muodossa, mutta sillä on silti sama massa molemmissa tiloissa.

4. 

   Ymmärrä, että massa ja energia ovat samanarvoisia. Yhtälö toteaa, että massa ja energia ovat sama käsite, ja kertoo meille kuinka paljon energiaa sisältyy määrättyyn massamäärään. Pohjimmiltaan se selittää, että pieni osa taikinaa on täytetty paljon energiaa.

Menetelmä 2/2: Yhtälön soveltaminen todellisessa maailmassa

1. 

   Ymmärrä mistä hyödyllinen energia tulee. Suurin osa hyödyllisestä energiasta tulee hiilen ja maakaasun polttamisesta. Näiden aineiden palamisessa hyödynnetään niiden valenssielektroneja (jotka ovat vertaansa vailla atomin uloimmassa kerroksessa) ja sidoksia, joita ne tekevät muiden elementtien kanssa. Kun lämpöä lisätään, nämä sidokset hajoavat ja vapautunutta energiaa käytetään energian tuomiseen maailmaan.
   • Energian hankkiminen tällä tavoin ei ole kovin tehokasta ja melko kallista ympäristölle.

2. 

   Käytä Einstein-yhtälöä energian muuntamisen tehostamiseksi. Kaava E = mc kertoo meille, että atomin ytimessä on paljon enemmän energiaa kuin sen valenssielektroneissa. Atomin hajoamisesta vapautuva energia on paljon suurempi kuin elektronisten yhteyksien katkeamisesta johtuva energia.
   • Ydinvoima perustuu tähän periaatteeseen. Ydinreaktorit aiheuttavat halkeamisen (atomien jakautumisen) ja sieppaavat sitten syntyvän valtavan määrän energiaa.

3. 

   Löydä olemassa oleva tekniikka E = mc-yhtälön ansiosta. Tämä kaava mahdollisti monien uusien ja mielenkiintoisten tekniikoiden luomisen, joista osa on välttämätöntä nykyajan elämässämme:
   • Positroniemissiotomografia käyttää radioaktiivisuutta ruumiin sisäpuolen visualisointiin.
   • Tämä yhtälö mahdollisti televiestinnän kehittymisen satelliittien ja koettimien kanssa.
   • Hiilidiagointi käyttää yhtälöön perustuvaa radioaktiivista hajoamista erittäin vanhojen esineiden iän määrittämiseksi.
   • Ydinenergia mahdollistaa puhtaammat ja tehokkaammat energialähteet yhteiskunnassamme.