E=mc2 förstår

En av Albert Einsteins revolutionerande vetenskapliga artiklar publicerad 1905 introducerade formeln E=mc, där E är energin, m är massan och c är ljusets hastighet i ett vakuum. Sedan dess har E=mc blivit en av de mest kända ekvationerna i världen. Även människor utan bakgrund i fysik har åtminstone hört talas om ekvationen och är medvetna om dess inflytande på världen vi lever i. Men de flesta människor vet inte exakt vad ekvationen betyder. Enkelt uttryckt representerar ekvationen förhållandet mellan energi och massa: i huvudsak är energi och materia bara två olika former av samma sak. Denna relativt enkla ekvation har förändrat vårt sätt att tänka på energi och försett oss med många tekniska framsteg.

Steg

Del 1 av 2: Förstå ekvationen

Bild med titeln Understand E=mc2 Steg 1
1. Betydelsen av ekvationens variabler. Det första steget för att förstå en ekvation är att veta vad varje variabel betyder. I det här fallet representerar E energin hos ett objekt i vila, m representerar objektets massa och c representerar ljusets hastighet i ett vakuum.
  • Ljushastigheten (c) är konstant i alla referensramar och ungefär lika med 3,00x10 meter per sekund. I samband med Einsteins relativitetsteori fungerar c:et mer som en enhetsomvandling än som en konstant. Som sådan kvadratiseras den som ett resultat av dimensionsanalysen - energi mäts i joule, eller kg m s, så att lägga till c kommer att säkerställa att förhållandet mellan energi och massa är dimensionellt konsekvent.
Bild med titeln Understand E=mc2 Steg 2
2. Förstå vad som menas med energi. Det finns många olika energiformer, inklusive termisk, elektrisk, kemisk och kärnenergi. Energi överförs mellan system, där ett system får energi som tas från andra system.
  • Energi kan inte skapas eller förstöras, den kan bara ta en annan form. Till exempel har kol mycket potentiell energi som förvandlas till termisk energi när det förbränns.
  • Bild med titeln Understand E=mc2 Steg 3
    3. Definiera vad massa betyder. Massa definieras generellt som mängden materia i ett föremål.
  • Det finns också några andra definitioner av massa. Det finns något som "invariant massa" och "relativistisk massa". Invariant massa är massa som förblir oförändrad oavsett referensram. Relativistisk massa beror å andra sidan på objektets hastighet. I ekvationen E=mc avser m den invarianta massan. Detta är mycket viktigt, eftersom det betyder att din massa inte ökar när du rör dig snabbare, tvärtemot vad många tror.
  • Det är viktigt att förstå att massa och vikt är olika. Vikt är gravitationskraften ett objekt upplever medan massa är mängden materia i det objektet. Massan kan bara förändras om objektet förändras fysiskt medan vikten beror på tyngdkraften i objektets miljö. Massa mäts i kilogram (kg) medan vikt mäts i Newton (N).
  • Liksom energi kan massa inte skapas eller förstöras, men den kan ändra form. Till exempel kan en isbit smälta och bli en vätska, men har samma massa i båda tillstånden.
  • Bild med titeln Understand E=mc2 Steg 4
    4. Inser du att massa och energi är lika?. Ekvationen säger att massa och energi är samma och anger hur mycket energi som finns inom en given mängd massa. I huvudsak indikerar ekvationen att en liten mängd massa innehåller en stor mängd energi.

    Del 2 av 2: Tillämpa ekvationen i den verkliga världen

    Bild med titeln Understand E=mc2 Steg 5
    1. Förstå var användbar energi kommer ifrån. Det mesta av vår förbrukningsbara energi kommer från förbränning av kol och naturgas. Förbränning av dessa ämnen använder valenselektronerna som finns (oparade elektroner i det yttersta skalet av en atom) och de bindningar de gör med andra element. När värme tillförs bryts dessa bindningar och frigör energi som används för att driva vårt samhälle.
    • Att skaffa energi på detta sätt är inte särskilt effektivt och det är på bekostnad av miljön.
    Bild med titeln Understand E=mc2 Steg 6
    2. Tillämpa Einsteins ekvation för att göra energiomvandlingen mer effektiv. E=mc säger oss att det finns mycket mer energi lagrad i en atoms kärna än i dess valenselektroner. Energin som frigörs från att splittra en atom är mycket högre än den från att bryta elektronbindningar.
  • Kärnenergi bygger på denna princip. Kärnreaktorer tillåter kärnklyvning (klyvning av atomer) att äga rum och lagrar den enorma mängd energi som frigörs.
  • Bild med titeln Understand E=mc2 Steg 7
    3. Upptäck tekniken som möjliggörs av E=mc. E=mc har möjliggjort utvecklingen av många nya och spännande teknologier, av vilka några har blivit en integrerad del av våra liv:
  • PET-skanningar använder radioaktivitet för att titta in i kroppen.
  • Ekvationen möjliggjorde utvecklingen av telekommunikation med satelliter och rovers.
  • C14-datering använder radioaktivt sönderfall baserat på denna ekvation för att bestämma åldern på mycket gamla föremål.
  • Kärnenergi erbjuder vårt samhälle renare och effektivare energikällor.

  • Оцените, пожалуйста статью