I ett revolutionärt vetenskapligt arbete som upptäcktes av Albert Einstein 1905, E = mc2 introduceras, där: E är energi, m är massa och c är ljusets hastighet i ett vakuum. Sedan dess har E = mc2 har blivit en av de mest erkända ekvationerna i världen. Faktum är att människor utan fysikbakgrund har åtminstone hört talas om denna ekvation och är medvetna om dess enorma inverkan på världen. De flesta människor vet dock inte vad ekvationen betyder. Enkelt uttryckt representerar denna ekvation korrelationen mellan energi och materia: i huvudsak är energi och materia två former av samma sak. Denna enkla ekvation har förändrat vårt sätt att tänka på energi och har gett upphov till olika tekniska framsteg.
Steg
Del 1 av 2: Förstå ekvationer
Steg 1. Definiera ekvationsvariablerna
Det första steget för att förstå ekvationen är att veta innebörden av var och en av variablerna. I detta fall är E energin för ett stationärt objekt, m är objektets massa och c är ljusets hastighet i ett vakuum.
Ljusets hastighet (c) är en konstant som är lika i varje ekvation och är ungefär lika med 3,00x108 meter per sekund. I samband med Einsteins relativitet, c2 fungerar mer som en enhetsomvandlingsfaktor än en konstant. Därför kvadreras c som ett resultat av dimensionsanalysen (energi mäts i joule eller kg m2 s-2) så att tillägget av c2 för att säkerställa att förhållandet mellan energi och massa är dimensionellt konsekvent.
Steg 2. Förstå vad energi är
Det finns många former av energi, inklusive värme, el, kemikalier, kärnkraft och andra. Energi överförs mellan olika system (ger ström till ett system medan energi dras från ett annat).
Energi kan inte skapas eller förstöras, bara omvandlas till olika former. Till exempel har kol mycket potentiell energi som förvandlas till värmeenergi när den bränns
Steg 3. Definiera begreppet massa
Massa definieras i allmänhet som mängden materia i ett objekt.
- Det finns också en annan definition av massa. Det finns termer "viloenergi" och "relativistisk massa". Restenergi är en massa som är konstant och inte förändras, oavsett vilken referensram du använder. Å andra sidan. relativistisk massa beror på objektets hastighet. I ekvationen E = mc2, m avser restenergin. Detta är mycket viktigt, eftersom det betyder din massa Nej ökar även om du tar fart, i motsats till vad många tror.
- Det bör förstås att massa och vikt är två olika saker. Vikt är gravitationskraften som ett objekt känner, medan massa är mängden materia i objektet. Massan ändras endast om objektet fysiskt förändras, medan vikten ändras beroende på gravitationen i objektets omgivning. Massan mäts i kilogram (kg) medan vikten mäts i Newton (N).
- Liksom energi kan massa inte skapas eller förstöras, men den kan ändra form. Till exempel smälter isbitar till vätska, men har fortfarande samma massa i båda formerna.
Steg 4. Förstå att massa och energi är ekvivalenta
Denna ekvation säger att massa och energi är ekvivalenta och berättar hur mycket energi som finns i en given mängd massa. I grund och botten förklarar denna ekvation att en liten massa faktiskt är full av stor energi.
Del 2 av 2: Tillämpa ekvationer i den verkliga världen
Steg 1. Förstå var energin som används kommer ifrån
Det mesta av den energi vi förbrukar kommer från att bränna kol och naturgas. Förbränningen av dessa ämnen använder sig av valenselektroner (oparade elektroner i atomernas yttersta skal) och bindningar som görs med andra element. När värme tillsätts bryts dessa bindningar och den frigjorda energin används som kraftkälla.
Att få energi genom denna metod är mycket ineffektivt och skadligt för miljön
Steg 2. Tillämpa Einsteins ekvationer för att göra energiomvandlingen mer effektiv
E = mc2berättar att det finns mer energi lagrad i atomkärnan än i valenselektronerna. Energin som frigörs från atomfission är mycket högre än för att bryta elektronbindningar.
Kärnkraften bygger på denna princip. Kärnreaktorer orsakar atomklyvning och fångar upp stora mängder energi som släpps ut
Steg 3. Upptäck tekniken som skapats av E = mc2.
E = mc2 har gjort det möjligt att skapa många nya och spännande tekniker, bland vilka vi har blivit våra primära behov:
- En PET -skanning använder radioaktivitet för att se vad som finns i kroppen.
- Denna ekvation möjliggör utveckling av telekommunikation med satelliter och rover.
- Radiokolldatering använder radioaktivt sönderfall baserat på denna ekvation för att bestämma åldern på gamla föremål.
- Kärnkraft ger en renare och effektivare energikälla för vårt samhälle.
