Формула Эйнштейна E = mc²
Формула Эйнштейна \(E=mc^2\) показывает, что масса тела связана с его энергией покоя: даже неподвижное тело обладает энергией. В ядерной физике эта связь объясняет, откуда берётся энергия при превращениях ядер и частиц.
Формула
Здесь \(E_0\) — энергия покоя, \(m\) — масса тела, \(c=3\cdot10^8\ \text{м/с}\) — скорость света в вакууме. Поэтому даже очень малая масса соответствует огромной энергии: квадрат скорости света имеет порядок \(9\cdot10^{16}\ \text{м}^2/\text{с}^2\). В расчётах важно использовать массу в килограммах, тогда энергия получится в джоулях.
Для тела массой \(1\ \text{г}=10^{-3}\ \text{кг}\) энергия покоя равна \(E_0=10^{-3}\cdot(3\cdot10^8)^2=9\cdot10^{13}\ \text{Дж}\). Это не означает, что такую энергию можно полностью получить в обычном процессе: речь идёт о полном превращении массы в энергию.
Формула \(E_0=mc^2\) описывает энергию покоя, а не любую энергию движущегося тела. При движении полная энергия включает также кинетическую составляющую. В ядерных реакциях обычно выделяется лишь небольшая часть энергии покоя, соответствующая уменьшению массы системы — дефекту массы.
При ядерных превращениях масса и энергия системы сохраняются в едином смысле: если суммарная масса продуктов меньше исходной, разность превращается в энергию частиц и излучения. Количественную оценку выделившейся энергии называют энергетическим выходом реакции. В ядерном делении и ядерном синтезе именно эта связь позволяет объяснить большой энергетический эффект.
Во сколько раз изменится энергия покоя, если массу частицы увеличить в 2 раза?
Главное
- Энергия покоя тела определяется формулой \(E_0=mc^2\).
- Масса измеряется в килограммах, энергия — в джоулях; \(c\) — скорость света в вакууме.
- В ядерных реакциях уменьшение массы системы превращается в энергию продуктов и излучения.