Die Formel E = MC2 verstehen: 7 Schritte (mit Bildern)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-15 08:12

In einer revolutionären wissenschaftlichen Arbeit, die 1905 von Albert Einstein entdeckt wurde, gilt E = mc² eingeführt, wobei: E die Energie ist, m die Masse ist und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist. Seitdem ist E = mc² hat sich zu einer der anerkanntesten Gleichungen der Welt entwickelt. Tatsächlich haben Menschen ohne physikalische Kenntnisse zumindest von dieser Gleichung gehört und sind sich ihrer enormen Auswirkungen auf die Welt bewusst. Die meisten Menschen wissen jedoch nicht, was die Gleichung bedeutet. Einfach ausgedrückt stellt diese Gleichung die Korrelation von Energie in Materie dar: Im Wesentlichen sind Energie und Materie zwei Formen derselben Sache. Diese einfache Gleichung hat unser Denken über Energie verändert und zu verschiedenen technologischen Fortschritten geführt.

Schritt

Teil 1 von 2: Gleichungen verstehen

Schritt 1. Definieren Sie die Gleichungsvariablen

Der erste Schritt zum Verständnis der Gleichung besteht darin, die Bedeutung jeder der Variablen zu kennen. In diesem Fall ist E die Energie eines stationären Objekts, m die Masse des Objekts und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Die Lichtgeschwindigkeit (c) ist eine Konstante, die in jeder Gleichung gleich ist und ungefähr gleich 3,00x10. ist⁸ Meter pro Sekunde. Im Kontext der Einsteinschen Relativitätstheorie gilt c² funktioniert eher als Einheitenumrechnungsfaktor denn als Konstante. Daher wird c als Ergebnis der Dimensionsanalyse quadriert (Energie wird in Joule oder kg m. gemessen² S^-2) so dass die Addition von c² um sicherzustellen, dass das Verhältnis zwischen Energie und Masse maßhaltig ist.

Schritt 2. Verstehen Sie, was Energie ist

Es gibt viele Energieformen, darunter Wärme, Elektrizität, Chemikalien, Kernenergie und andere. Energie wird zwischen verschiedenen Systemen übertragen (Versorgung eines Systems mit Strom, während Energie von einem anderen bezogen wird).

Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet, sondern nur in verschiedene Formen umgewandelt werden. Kohle hat beispielsweise viel potenzielle Energie, die bei der Verbrennung in Wärmeenergie umgewandelt wird

Schritt 3. Definieren Sie den Begriff der Masse

Masse wird allgemein als die Menge an Materie in einem Objekt definiert.

• Es gibt auch eine andere Definition von Masse. Es gibt Begriffe wie "Ruheenergie" und "relativistische Masse". Ruheenergie ist Masse, die konstant ist und sich nicht ändert, egal welchen Bezugsrahmen Sie verwenden. Auf der anderen Seite. Die relativistische Masse hängt von der Geschwindigkeit des Objekts ab. In der Gleichung E = mc², m bezieht sich auf die Ruheenergie. Das ist sehr wichtig, denn es bedeutet deine Masse Nein nimmt entgegen der landläufigen Meinung auch dann zu, wenn Sie an Geschwindigkeit gewinnen.
• Es versteht sich, dass Masse und Gewicht zwei verschiedene Dinge sind. Gewicht ist die Gravitationskraft, die von einem Objekt empfunden wird, während Masse die Menge an Materie im Objekt ist. Die Masse ändert sich nur, wenn das Objekt physikalisch verändert wird, während sich das Gewicht abhängig von der Schwerkraft der Umgebung des Objekts ändert. Die Masse wird in Kilogramm (kg) gemessen, während das Gewicht in Newton (N) gemessen wird.
• Wie Energie kann Masse nicht erzeugt oder zerstört werden, aber sie kann ihre Form ändern. Eiswürfel schmelzen beispielsweise zu Flüssigkeit, haben aber in beiden Formen immer noch die gleiche Masse.

Schritt 4. Verstehen Sie, dass Masse und Energie äquivalent sind

Diese Gleichung besagt, dass Masse und Energie äquivalent sind und sagt aus, wie viel Energie in einer bestimmten Masse enthalten ist. Im Grunde erklärt diese Gleichung, dass eine kleine Masse tatsächlich voller großer Energie ist.

Teil 2 von 2: Gleichungen in der realen Welt anwenden

Schritt 1. Verstehen Sie, woher die verbrauchte Energie kommt

Die meiste Energie, die wir verbrauchen, stammt aus der Verbrennung von Kohle und Erdgas. Bei der Verbrennung dieser Stoffe werden Valenzelektronen (ungepaarte Elektronen in der äußersten Schale der Atome) und Bindungen mit anderen Elementen verwendet. Bei Wärmezufuhr werden diese Bindungen aufgebrochen und die freigesetzte Energie als Energiequelle genutzt.

Die Energiegewinnung durch diese Methode ist sehr ineffizient und schädlich für die Umwelt

Schritt 2. Wenden Sie Einsteins Gleichungen an, um die Energieumwandlung effizienter zu gestalten

E = mc²sagt uns, dass im Atomkern mehr Energie gespeichert ist als in den Valenzelektronen. Die bei der Atomspaltung freigesetzte Energie ist viel höher als die beim Aufbrechen von Elektronenbindungen.

Die Kernkraft basiert auf diesem Prinzip. Kernreaktoren verursachen Atomspaltung und fangen große Mengen an freigesetzter Energie ein

Schritt 3. Entdecken Sie die Technologien von E = mc².

E = mc² hat die Entwicklung vieler neuer und aufregender Technologien ermöglicht, unter denen wir zu unseren Hauptbedürfnissen geworden sind:

• Ein PET-Scan verwendet Radioaktivität, um zu sehen, was sich im Körper befindet.
• Diese Gleichung ermöglicht die Entwicklung der Telekommunikation mit Satelliten und Rover.
• Die Radiokarbon-Datierung verwendet die radioaktive Zersetzung basierend auf dieser Gleichung, um das Alter von antiken Objekten zu bestimmen.
• Kernenergie ist eine sauberere und effizientere Energiequelle für unsere Gesellschaft.