爱因斯坦怎么知道原子核中含有巨大能量,物质

来源:http://www.020tL.com 作者:新闻中心 人气:185 发布时间:2019-09-17
摘要:这个问题我之前计算过,一个原子100%释放的能量很低,根本不足以让汽车克服摩擦力。 云顶集团网站 ,引言:现在社会上出现了各种各样的新能源汽车,这是前几年所看不到的现象。

这个问题我之前计算过,一个原子100%释放的能量很低,根本不足以让汽车克服摩擦力。

云顶集团网站 ,引言:现在社会上出现了各种各样的新能源汽车,这是前几年所看不到的现象。而这些新能源汽车几乎都是用电的,它们实质上也就是电车。都知道物质发生湮灭能够产生无穷的能量,那么一个原子完全释放能量可以驱动一部新能源汽车吗?

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我们先以最简单的氢原子威力。

人类在过去的上百年来,基本的能源消耗结构都是以传统的化石能源为主。化石能源不仅能够给工业生产带来动力,同时也给人们的生活提速。的确如此,自从汽车问世之后,绝大部分的汽车都是靠燃油来驱动的。但随着化石能源日益减少,人类为了追求可持续发展,为了追求更加友好的生存环境,逐渐开发了以电作为能源的汽车,这类车也被称作是“新能源汽车”。

很多人认为是爱因斯坦的理论指导了原子弹发明,这其实是谣言。

题目中说一个原子彻底转化成能量,那就要求氢原子必须和反氢原子湮灭,因为仅仅靠氢原子的质量亏损并不能达到100%的质量与能量转化。

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上图是由两张图片合成的,爱因斯坦本人从未出现在原子弹的爆炸地点,并且他和原子弹之间没有直接关系,爱因斯坦知道原子核中含有巨大能量,也仅仅是从质能方程间接了解的。

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在过去十几年里,我们很难在马路上看到挂有绿牌的新能源汽车,但是在近几年,新能源汽车之风不仅席卷了中国大地,还在全世界范围内盛行了。新能源汽车的优势非常明显,它是一种环境友好型的交通工具,同时也是人类为了实现可持续发展而不得不进行的一步。但新能源汽车的短板也非常明显,除了目前尚未普及开来之外,它的续航能力还有待提高。一般的汽车开着开着没油了可以去附近的加油站加油,但是新能源汽车一旦没电了,附近就不一定有充电站。因此解决电车续航问题,成为了当前许多大公司的主要研究课题。

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正反物质的湮灭很好计算,直接按照爱因斯坦得质能方程式计算就行。

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质能方程的发现

氢原子的质量为1.67×10^-27kg。

有人把目标投向了原子能,认为原子能可以为新能源汽车注入新的活力,这个想法应该是受核武器或者反物质的启发。科学研究发现,正物质和反物质发生湮灭现象能够带来难以想象的能量,那么是否能够将一个原子的能量完全释放,然后提供给一台新能源汽车驱动呢?有科学家对此进行了一番计算,结果却是让人失望的。一个原子完全转换的能量还不足以克服汽车的摩擦力,这是为什么呢?

1905年,爱因斯坦首次提出狭义相对论的概念,并从洛伦兹变换中推导出了质能方程。揭示了质量和能量之间的转换关系,非常小的质量亏损在光速平方的作用下,都可以产生巨大的能量。

湮灭产生的总能量E=1.67×10^-27kg×9×10^16=1.5×10^-7J

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1939年,德国科学家哈恩和斯特拉斯曼在用慢中子轰击铀核时,首次发现了原子核的裂变现象,发表了核裂变论文。到了1945年,第一颗原子弹在美国试爆成功,从此打开了潘多拉魔盒。

而这些能量压根就不足以启动汽车。

首先我们得计算一个氢原子发生湮灭现象之后产生的总能量,这个数值通过爱因斯坦的质能方程就可以得出了,大约是1.5*10^-7焦耳。这个级别的能量根本无法启动汽车,更不要说驱动汽车了。质能方程描述的是物质的能量与质量和光速的关系,物质的质量越大,所蕴藏的能量也就越大。既然氢原子不适合,那换成核燃料铀是否可以呢?

从时间线可以知道,原子弹的诞生和爱因斯坦并无关系,只是原子弹爆炸的原理可以通过爱因斯坦的质能方程解释而已。

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云顶集团网站 9核反应为什么有如此巨大的能量?" style="width:60%;margin:1rem auto">

接下来我们换一个现实的例子

这样的问题同样需要通过计算才能得出答案,如果以1mg的铀作为反应原料的话,那么它参与核裂变所产生的能量就达到了200Mev。可能很多人200Mev没什么概念,如果换算成我们所熟悉的用电度数的话,就是22度电。同样的,22度电对于新能源汽车来说也是杯水车薪,由此可见即使利用核原料中的原子释放的能量来驱动,也无济于事。

{"type":1,"value":"根据质能方程E=mc?可知,1千克的质量亏损可以产生9×10的16次方焦耳的能量,而1吨TNT当量等于4200兆焦耳,广岛原子弹相当于1.5万吨TNT当量。

用1毫克的铀裂变释放的能量计算。

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如此换算下来,1千克的质量亏损,相当于投放了1400颗广岛原子弹。

1mg铀含有6.022×10^23/=2.56×10^18个原子

可能会有朋友疑问,质能方程中的光速不是以平方的形式存在吗?按道理说能量应该很大才对呀?质能方程确实是这样的,但我们往往忽略了一个事实,原子的质量微乎其微。即使光速翻一倍,作用在原子上的效果也不明显,这就是为什么一个原子完全释放的能量还是相当小的原因。因此有时候我们考虑问题并不能只考虑一个方面,还需要综合多个方面来考虑。

1千克物质完全燃烧和它完全转变成能量,为什么两者的威力会相差那么多呢?这是因为燃烧只是化学键的断裂和重组,质量是守恒的;而核反应已经涉及到了原子内部的变化,一旦质量有亏损就会释放巨大的能量。

铀裂变一次释放200Mev。

本质上来说,核反应的威力来源于原子核。

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1mg铀全部裂变释放的能量为2.65×10^18×200=82MJ=22.78km/h。也就是22度电。

原子核内粒子的作用力,属于四种基本作用力中的强相互作用力。

所以1mg铀元素裂变才能释放22度电。那么一个原子裂变释放的能量相对于人类就微乎其微。

强相互作用力在一定范围内是恒定的,不会像引力那样距离越近引力越大,夸克之间的强相互作用力大小在16万牛顿左右,原子核内粒子的强相互作用力也在1万牛顿以上。

所以在质能方程中光速的平方很大,但是原子质量很小。光速的平方在数量级是10的16次方,而原子的质量在数量级上才是10的负27次方到负26次方千克。两者相乘,其能量在数值上还是10的负7到负6次方的数量级的焦耳能量。

这只是一个原子核所具备的力,原子弹爆炸会利用中子撬起原子核的能量。

所以不能因为质能方程的存在而夸大一个原子释放的能量。

云顶集团网站 13例如,铀235原子核被一个中子撞击后,裂变成一个钡原子和一个氪原子,并产生2个中子,2个中子会继续轰击其它铀235,发生链式反应。" style="width:60%;margin:1rem auto">

{"type":1,"value":"前后的质量是不相等的,亏损质量转化成了201兆电子伏的能量。即便是原子弹这样威力强大的武器,它的质能转换率也只有0.135%,也就是1千克重的核原料,只有1.35克转化成了能量;而氢弹的转化率大约在0.7%左右,如此低的转化率都能释放巨大能量,得益于核力的强大。

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爱因斯坦的质能方程E=mc?并不只适用于微观物体,宏观物质一样适用。只要能达到光子与光电磁转化等条件,理论上一张纸也可以释放爆炸性威力,因为纸也是由原子构成的。

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