Verstaan E=mc2: 7 stappe (met prente)

Inhoud

Trappe
- Deel 1 van 2: Verstaan die vergelyking
- Deel 2 van 2: Die toepassing van die vergelyking in die werklike wêreld

Een van Albert Einstein se revolusionêre wetenskaplike artikels wat in 1905 gepubliseer is, het die formule E=mc bekendgestel, waar E die energie is, m die massa is en c die spoed van lig in `n vakuum is. Sedertdien het E=mc een van die bekendste vergelykings in die wêreld geword. Selfs mense met geen agtergrond in fisika het ten minste gehoor van die vergelyking en is bewus van die invloed daarvan op die wêreld waarin ons leef. Die meeste mense weet egter nie presies wat die vergelyking beteken nie. In eenvoudige terme verteenwoordig die vergelyking die verhouding van energie tot massa: in wese is energie en materie net twee verskillende vorme van dieselfde ding. Hierdie relatief eenvoudige vergelyking het die manier waarop ons oor energie dink verander en ons voorsien van talle tegnologiese vooruitgang.

Trappe

Deel 1 van 2: Verstaan die vergelyking

1. Die betekenis van die veranderlikes van die vergelyking. Die eerste stap om `n vergelyking te verstaan, is om te weet wat elke veranderlike beteken. In hierdie geval verteenwoordig E die energie van `n voorwerp in rus, m verteenwoordig die massa van die voorwerp, en c verteenwoordig die spoed van lig in `n vakuum.

Die spoed van lig (c), is konstant in alle verwysingsraamwerke en ongeveer gelyk aan 3.00x10 meter per sekonde. In die konteks van Einstein se relatiwiteitsteorie tree die c meer op as `n eenheidsomskakeling as as `n konstante. As sodanig word dit kwadraat as gevolg van die dimensionele analise - energie word gemeet in joules, of kg m s, so die byvoeging van c sal verseker dat die verhouding tussen energie en massa dimensioneel konsekwent is.

2. Verstaan wat met energie bedoel word. Daar is baie verskillende vorme van energie, insluitend termiese, elektriese, chemiese en kernenergie. Energie word tussen sisteme oorgedra, met een sisteem wat energie kry wat van ander sisteme geneem word.

Energie kan nie geskep of vernietig word nie, dit kan net `n ander vorm aanneem. Steenkool het byvoorbeeld baie potensiële energie wat in termiese energie verander wanneer dit verbrand word.

3. Definieer wat massa beteken. Massa word oor die algemeen gedefinieer as die hoeveelheid materie in `n voorwerp.

Daar is ook `n paar ander definisies van massa. Daar is iets soos `onveranderlike massa` en `relativistiese massa`. Invariante massa is massa wat onveranderd bly ongeag die verwysingsraamwerk. Relativistiese massa, aan die ander kant, hang af van die spoed van die voorwerp. In die vergelyking E=mc, verwys m na die onveranderlike massa. Dit is baie belangrik, want dit beteken dat jou massa nie verhoog wanneer jy vinniger beweeg, in teenstelling met die algemene opvatting.

Dit is belangrik om te verstaan dat massa en gewig verskil. Gewig is die gravitasiekrag wat `n voorwerp ervaar terwyl massa die hoeveelheid materie in daardie voorwerp is. Massa kan slegs verander as die voorwerp fisies verander word terwyl die gewig afhang van die swaartekrag van die voorwerp se omgewing. Massa word gemeet in kilogram (kg) terwyl gewig gemeet word in Newton (N).

Soos energie kan massa nie geskep of vernietig word nie, maar dit kan van vorm verander. Byvoorbeeld, `n ysblokkie kan smelt en `n vloeistof word, maar het dieselfde massa in beide state.

4. Besef jy dat massa en energie gelyk is?. Die vergelyking stel dat massa en energie dieselfde is en dui aan hoeveel energie teenwoordig is binne `n gegewe hoeveelheid massa. In wese dui die vergelyking aan dat `n klein hoeveelheid massa `n groot hoeveelheid energie bevat.

Deel 2 van 2: Die toepassing van die vergelyking in die werklike wêreld

1. Verstaan waar nuttige energie vandaan kom. Die meeste van ons verbruikbare energie kom van die verbranding van steenkool en aardgas. Die verbranding van hierdie stowwe gebruik die valenselektrone wat teenwoordig is (ongepaarde elektrone in die buitenste dop van `n atoom) en die bindings wat hulle met ander elemente maak. Wanneer hitte bygevoeg word, breek hierdie bindings, wat energie vrystel wat gebruik word om ons samelewing aan te dryf.

Die verkryging van energie op hierdie manier is nie baie doeltreffend nie en is ten koste van die omgewing.

2. Pas Einstein se vergelyking toe om energie-omsetting doeltreffender te maak. E=mc sê vir ons dat daar baie meer energie in die kern van `n atoom gestoor is as in sy valenselektrone. Die energie wat vrygestel word deur die splitsing van `n atoom is baie hoër as dié van die breek van elektronbindings.

Kernenergie is op hierdie beginsel gebaseer. Kernreaktors laat kernsplyting (die splitsing van atome) plaasvind en berg die enorme hoeveelheid energie wat vrygestel word.

3. Ontdek die tegnologieë wat moontlik gemaak word deur E=mc. E=mc het die ontwikkeling van baie nuwe en opwindende tegnologieë moontlik gemaak, waarvan sommige `n integrale deel van ons lewens geword het:

PET-skanderings gebruik radioaktiwiteit om in die liggaam te kyk.

Die vergelyking het die ontwikkeling van telekommunikasie met satelliete en rovers moontlik gemaak.

C14-datering gebruik radioaktiewe verval gebaseer op hierdie vergelyking om die ouderdom van baie ou voorwerpe te bepaal.

Kernenergie bied ons samelewing skoner en doeltreffender energiebronne.