Forstå E=mc2: 7 trinn (med bilder)

Innhold

Trinn
- Del 1 av 2: Forstå ligningen
- Del 2 av 2: Bruk av ligningen i den virkelige verden

En av Albert Einsteins revolusjonerende vitenskapelige artikler publisert i 1905 introduserte formelen E=mc, der E er energien, m er massen og c er lysets hastighet i et vakuum. Siden den gang har E=mc blitt en av de mest kjente ligningene i verden. Selv folk uten bakgrunn i fysikk har i det minste hørt om ligningen og er klar over dens innflytelse på verden vi lever i. Imidlertid vet de fleste ikke nøyaktig hva ligningen betyr. Enkelt sagt representerer ligningen forholdet mellom energi og masse: i hovedsak er energi og materie bare to forskjellige former for samme ting. Denne relativt enkle ligningen har endret måten vi tenker på energi og gitt oss mange teknologiske fremskritt.

Trinn

Del 1 av 2: Forstå ligningen

1. Betydningen av variablene i ligningen. Det første trinnet for å forstå en ligning er å vite hva hver variabel betyr. I dette tilfellet representerer E energien til et objekt i hvile, m representerer massen til objektet, og c representerer lysets hastighet i et vakuum.

Lyshastigheten (c) er konstant i alle referanserammer og omtrent lik 3,00x10 meter per sekund. I sammenheng med Einsteins relativitetsteori, fungerer c-en mer som en enhetskonvertering enn som en konstant. Som sådan blir den kvadratisk som et resultat av dimensjonsanalysen - energi måles i joule, eller kg m s, så å legge til c vil sikre at forholdet mellom energi og masse er dimensjonalt konsistent.

2. Forstå hva som menes med energi. Det finnes mange forskjellige energiformer, inkludert termisk, elektrisk, kjemisk og kjernekraft. Energi overføres mellom systemer, hvor ett system får energi som hentes fra andre systemer.

Energi kan ikke skapes eller ødelegges, den kan bare ta en annen form. For eksempel har kull mye potensiell energi som blir til termisk energi når det brennes.

3. Definer hva masse betyr. Masse er generelt definert som mengden materie i et objekt.

Det er også noen få andre definisjoner av masse. Det er noe slikt som `invariant masse` og `relativistisk masse`. Invariant masse er masse som forblir uendret uavhengig av referanseramme. Relativistisk masse avhenger derimot av hastigheten til objektet. I ligningen E=mc refererer m til den invariante massen. Dette er veldig viktig, fordi det betyr at massen din ikke øker når du beveger deg raskere, i motsetning til hva folk tror.

Det er viktig å forstå at masse og vekt er forskjellige. Vekt er gravitasjonskraften et objekt opplever mens masse er mengden materie i det objektet. Masse kan bare endres hvis objektet endres fysisk mens vekten avhenger av tyngdekraften til objektets miljø. Masse måles i kilogram (kg) mens vekt måles i Newton (N).

Som energi kan ikke masse skapes eller ødelegges, men den kan endre form. For eksempel kan en isbit smelte og bli en væske, men har samme masse i begge tilstander.

4. Er du klar over at masse og energi er like?. Ligningen sier at masse og energi er det samme og indikerer hvor mye energi som er tilstede innenfor en gitt mengde masse. I hovedsak indikerer ligningen at en liten mengde masse inneholder en stor mengde energi.

Del 2 av 2: Bruk av ligningen i den virkelige verden

1. Forstå hvor nyttig energi kommer fra. Mesteparten av vår forbruksenergi kommer fra forbrenning av kull og naturgass. Forbrenning av disse stoffene bruker valenselektronene som er tilstede (uparede elektroner i det ytterste skallet av et atom) og bindingene de lager med andre grunnstoffer. Når varme tilføres brytes disse bindingene, og frigjør energi som brukes til å drive samfunnet vårt.

Å skaffe energi på denne måten er lite effektivt og går på bekostning av miljøet.

2. Bruk Einsteins ligning for å gjøre energikonvertering mer effektiv. E=mc forteller oss at det er mye mer energi lagret i kjernen til et atom enn i dets valenselektroner. Energien som frigjøres ved å splitte et atom er mye høyere enn den fra å bryte elektronbindinger.

Kjernekraft er basert på dette prinsippet. Atomreaktorer lar kjernefysisk fisjon (splitting av atomer) finne sted og lagrer den enorme mengden energi som frigjøres.

3. Oppdag teknologiene som er muliggjort av E=mc. E=mc har muliggjort utviklingen av mange nye og spennende teknologier, hvorav noen har blitt en integrert del av livene våre:

PET-skanninger bruker radioaktivitet for å se inn i kroppen.

Ligningen muliggjorde utviklingen av telekommunikasjon med satellitter og rovere.

C14-datering bruker radioaktivt forfall basert på denne ligningen for å bestemme alderen til svært gamle gjenstander.

Atomenergi tilbyr vårt samfunn renere og mer effektive energikilder.