Сколько энергии в атоме — удивительно большое количество! Это определил физик Альберт Эйнштейн, когда написал это простое и теперь известное уравнение:
E = mc2
- E — обозначается энергия,
- m – масса,
- c — скорость света, 299 792 458 м/сек, 1 079 252 848,8 км/ч
Уравнение Эйнштейна, говорит, что можно превратить крошечное количество массы в огромное количество энергии. Глядя на математику это действительно огромное количество: 299 792 458 c2 это равно: 90 000 000 000 000 000. Вот сколько энергии в атоме выраженное в джоулях (стандартное измерение энергии) получается от килограмма массы.
Теория и практика получения энергии атома
В теории получения энергии атома если вы могли бы превратить около семи миллиардов водородных атомов полностью в энергию, то получится 1 джоуль (то есть примерно столько же энергии, сколько потребляет 10-ваттная лампочка в десятую доли секунды). Но поскольку есть миллиарды и миллиарды атомов в даже крошечных веществах, можно сделать много энергии от не очень большой массы. Это основная идея ядерной энергетики.
На практике атомные электростанции не делят атомы полностью. Атомные электростанции делят очень большие атомы в меньшие, более тесно связанные, более стабильные атомы. Это освобождает энергию, которую можем использовать.
Ядерная энергия высвобождается, когда относительно большие атомы урана или плутония расщепляются в серии контролируемых ядерных реакций. В результате тепло используется для кипячения воды, которая приводит в действие паровую турбину для выработки электроэнергии. Процесс расщепления атома известен как деление ядер.
Сколько энергии было если бы можно разбить много атомов один за другим?
Если разбить все атомы в теории бы получилось освободить огромное количество энергии атомного ядра. Некоторые радиоактивные изотопы расщепляются автоматически и это называется цепной реакцией с производством энергии.
Если взять ядерное топливо под названием уран-235. Каждый из его атомов имеет ядро с 92 протонами и 143 нейтронами.
Одно деление одного атома урана-235 быстро устанавливает цепную реакцию — ядерная лавина, которая выпускает огромное количество энергии в виде тепла. В атомных электростанциях, цепная реакция очень тщательно контролируется, поэтому ядра делятся относительно медленными темпами, высвобождая энергию атомного ядра стабильно в течение многих лет или десятилетий. В отличие от атомной бомбы, где реакция происходит мгновенно, высвобождая огромное количество энергии.
Сколько энергии в атоме можно определить по основному правилу физики под названием закон сохранения энергии в атомах: энергия, высвобождаемая в реакции ядерного деления меньше чем разность энергий ядер до и после распада.
Закон сохранения энергия для макротел — энергия не производится и не уничтожается, она может переходить из одной формы в другую.
Уран в настоящее время стал основным элементом, на котором сосредоточились работы по техническому осуществлению ядерных реакций, тем более что процесс деления ядер атомов урана сопровождается освобождением громадной энергии — почти в 20 миллиардов калорий на один килограмм.
Если электрон находится в возбуждённом состоянии, то взаимодействие с фотоном определённой энергии может вызвать вынужденное излучение дополнительного фотона с такой же энергией — для этого должен существовать более низкий уровень, на который возможен переход, и разность энергий уровней должна равняться энергии фотона. При вынужденном излучении эти два фотона будут двигаться в одном направлении и иметь одинаковую фазу . Это свойство используется в лазерах , которые могут испускать когерентный пучок света в узком диапазоне частот.