In een revolutionair wetenschappelijk werk ontdekt door Albert Einstein in 1905, E = mc2 geïntroduceerd, waarbij: E is energie, m is massa, en c is de lichtsnelheid in een vacuüm. Sindsdien E = mc2 is een van de meest erkende vergelijkingen ter wereld geworden. In feite hebben mensen zonder een achtergrond in natuurkunde op zijn minst van deze vergelijking gehoord en zijn ze zich bewust van de enorme impact ervan op de wereld. De meeste mensen weten echter niet wat de vergelijking betekent. Simpel gezegd, deze vergelijking vertegenwoordigt de correlatie van energie met materie: in wezen zijn energie en materie twee vormen van hetzelfde. Deze eenvoudige vergelijking heeft de manier waarop we over energie denken veranderd en heeft geleid tot verschillende technologische ontwikkelingen.
Stap
Deel 1 van 2: Vergelijkingen begrijpen
Stap 1. Definieer de vergelijkingsvariabelen
De eerste stap om de vergelijking te begrijpen, is de betekenis van elk van de variabelen te kennen. In dit geval is E de energie van een stationair object, m is de massa van het object en c is de lichtsnelheid in een vacuüm.
De lichtsnelheid (c) is een constante die in elke vergelijking gelijk is en ongeveer gelijk is aan 3,00x108 meter per seconde. In de context van Einsteins relativiteit, c2 functioneert meer als een eenheidsconversiefactor dan als een constante. Daarom wordt c gekwadrateerd als resultaat van de dimensionale analyse (energie wordt gemeten in joule of kg m2 s-2) zodat de toevoeging van c2 om ervoor te zorgen dat de relatie tussen energie en massa dimensionaal consistent is.
Stap 2. Begrijp wat energie is
Er zijn vele vormen van energie, waaronder warmte, elektriciteit, chemicaliën, kernenergie en andere. Energie wordt overgedragen tussen verschillende systemen (levert stroom aan het ene systeem en haalt energie uit een ander).
Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd, alleen worden omgezet in verschillende vormen. Steenkool heeft bijvoorbeeld veel potentiële energie die bij verbranding in warmte-energie verandert
Stap 3. Definieer het begrip massa
Massa wordt over het algemeen gedefinieerd als de hoeveelheid materie in een object.
- Er is ook een andere definitie van massa. Er zijn termen "rustenergie" en "relativistische massa". Rustenergie is massa die constant is en niet verandert, ongeacht welk referentiekader je gebruikt. Anderzijds. relativistische massa hangt af van de snelheid van het object. In de vergelijking E = mc2, m verwijst naar de restenergie. Dit is erg belangrijk, want het betekent je massa Nee neemt toe, zelfs als je snelheid oppikt, in tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht.
- Het moet duidelijk zijn dat massa en gewicht twee verschillende dingen zijn. Gewicht is de zwaartekracht die door een object wordt gevoeld, terwijl massa de hoeveelheid materie in het object is. Massa verandert alleen als het object fysiek wordt veranderd, terwijl het gewicht verandert afhankelijk van de zwaartekracht van de omgeving van het object. Massa wordt gemeten in kilogram (kg), terwijl gewicht wordt gemeten in Newton (N).
- Net als energie kan massa niet worden gecreëerd of vernietigd, maar kan wel van vorm veranderen. IJsblokjes smelten bijvoorbeeld in vloeistof, maar hebben in beide soorten vormen nog steeds dezelfde massa.
Stap 4. Begrijp dat massa en energie equivalent zijn
Deze vergelijking stelt dat massa en energie equivalent zijn, en vertelt hoeveel energie er in een bepaalde hoeveelheid massa zit. Kortom, deze vergelijking legt uit dat een kleine massa eigenlijk vol is van grote energie.
Deel 2 van 2: Vergelijkingen toepassen in de echte wereld
Stap 1. Begrijp waar de verbruikte energie vandaan komt
De meeste energie die we verbruiken komt van de verbranding van steenkool en aardgas. De verbranding van deze stoffen maakt gebruik van valentie-elektronen (ongepaarde elektronen in de buitenste schil van atomen) en bindingen met andere elementen. Wanneer warmte wordt toegevoegd, worden deze bindingen verbroken en wordt de vrijkomende energie gebruikt als energiebron.
Het verkrijgen van energie via deze methode is zeer inefficiënt en schadelijk voor het milieu
Stap 2. Pas de vergelijkingen van Einstein toe om de energieconversie efficiënter te maken
E = mc2vertelt ons dat er meer energie is opgeslagen in de kern van een atoom dan in de valentie-elektronen. De energie die vrijkomt bij atoomsplitsing is veel hoger dan die van het verbreken van elektronenbindingen.
Kernenergie is gebaseerd op dit principe. Kernreactoren veroorzaken atoomsplitsing en vangen grote hoeveelheden energie op
Stap 3. Ontdek de technologieën gecreëerd door E = mc2.
E = mc2 heeft de creatie van veel nieuwe en opwindende technologieën mogelijk gemaakt, waaronder we onze primaire behoeften zijn geworden:
- Een PET-scan gebruikt radioactiviteit om te zien wat er in het lichaam zit.
- Deze vergelijking zorgt voor de ontwikkeling van telecommunicatie met satellieten en rover.
- Radiokoolstofdatering maakt gebruik van radioactieve ontbinding op basis van deze vergelijking om de leeftijd van oude objecten te bepalen.
- Kernenergie zorgt voor een schonere en efficiëntere energiebron voor onze samenleving.
