爱因斯坦最有名的公式是什么?
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时间:2024-08-17 08:54:17
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爱因斯坦最有名的公式是什么?【专家解说】:¤楼上有几位大虾都答跑题或者不完整
爱因斯坦最有名的公式是
E=mc2或m=E/c2 公式中C是在真空中光的速度,约等于 3000
【专家解说】:¤楼上有几位大虾都答跑题或者不完整
爱因斯坦最有名的公式是
E=mc2或m=E/c2
公式中C是在真空中光的速度,约等于
300000000米/秒。
可没有一位大虾说明它是如何来,为什么?
我跟你说,这得从原子的层面上讲
亏损掉的质量
组成宇宙间万物的基本砖石,我们已经知道的有质子、中子、电子,还有正电子,它们的质量到底有多大呢?非常非常的小!
1个质子的质量是:
0.000000000000000000000001673克。
1个中子的质量是:
0.000000000000000000000001675克。
1个电子的质量是:
0.000000000000000000000000000911克。
它们太小了,我们在计算它们的质量的时候,不能老是在小数点后面去画一大串0,数一大串0,为了方便起见,需要规定一个衡量它们的专用质量标准。
现在科学家统一采用的标准是碳的同位素126C的原子质量(0.00000000000000000000001993克)的1/12。把它叫做1个原子质量单位,符号是u。
1个原子质量单位(1u)
=0.00000000000000000000000166克。
当然126C的质量是12u。按此原子质量单位计算:
质子的质量是1.00728u
中子的质量是1.00867u
电子的质量是0.000549u
既然原子是由质子、中子和电子组成的,那么,一个原子的质量就应该等于组成它的基本粒子的质量的总和了。但是,实际上并不这样简单。
那位善于测量原子核质量的阿斯顿,把他的仪器不断改进,测量得越来越准,结果问题就来了。
氦原子核是由2个质子和2个中子组成的,外面有2个电子。
氦42He原子的质量应该是:
2×1.00728+2×1.00867+2×0.00055=4.033u。
可是实际测量得到的42He原子的质量则是:
4.00260u,亏损了0.0304u。
碳同位素126C的核中有6个质子,6个中子,原子核外有6个电子。因此它的原子质量应该是:
6×(1.00728+1.00867+0.00055)=12.099u。
实际上126C的质量是12u,又亏损了0.099u。
再看铀23892U的原子,它的核由92个质子和146个中子组成,核外有92个电子。这些粒子的质量加在一起应该是239.986u。但直接测量得的23892U原子的质量却是238.051u,又亏损了1.935u。
这可真是怪事!
二加二不等于四,二加二竟然小于四!
用质子、中子和电子这些基本砖石构成预制件——原子的时候,总是要亏损一些质量。
这些亏损的质量哪里去了呢?物质守恒定律是不是错了呢?
核子的结合能
我们用砖块砌墙,要用沙浆把砖块粘在一起。砌好的墙的总质量,一定比所用的全部砖块的质量大,因为还要加上沙浆的质量。
核子结合成原子核的情形正好相反。用物质世界的基本砖石——质子和中子砌成的预制件——原子核的质量反而变小了,似乎在原子核里把质子和中子粘在一起的沙浆有负的质量。
难道质量还会有负的?
质量不会有负的。但是在原子核里,质子和中子确实是靠亏损掉的质量而紧密地结合在一起的。这又是怎么回事呢?
在1905年,伟大的物理学家爱因斯坦曾经提出来一个非常重要的定律。这个定律说,当一个过程放出能量E的时候,就会亏损掉一部分质量m,能量和质量的关系是:
E=mc2或m=E/c2
公式中C是在真空中光的速度,约等于
300000000米/秒。
反过来,当一个过程得到能量时,质量又会增加一部分。
真的是这样吗?为什么在我们平常接触到的各种现象中没有发现这种情况呢?
这是因为我们接触到的吸收或者放出能量的过程,一般都属于物理变化和化学变化。和核反应相比,物理变化和化学变化吸收或放出的能量要少得多,相应地引起的质量的变化也极小,因而难以察觉。
正像前面讲过的,由质子和中子合成4克氦原子核的时候,质量会亏损0.03克。这时会放出多少能量呢?按公式E=mc2计算,放出的能量:
E=0.00003×(300000000)2
=2700000000000(焦耳)
但是,当把4克氢(和32克氧)燃烧成水时放出的能量是480000焦耳。根据爱因斯坦公式,这样多的氢和氧生成水后,质量会亏损多少呢?由m=E/c2:
480000
m=————————
(300000000)2
=0.0000000000053(千克)
=0.0000000053克
这亏损掉的质量是非常小的,当然是很难察觉和测量出来的。
对比一下,用4克氢当燃料烧成水的化学反应放出的热量大约可以把1公斤水烧开,而在合成4克氦原子的核反应中,放出的热量可以把5000吨水烧开,两者大小相差达到500万倍!
反过来,如果要把氦原子核拆开成为质子和中子,也需要让氦原子核获得同样多的能量,不然就补不回亏损的质量。这种由若干个质子、中子等核子结合成原子核的时候放出的能量,叫做原子核的结合能。
结合能为什么这样大呢?这是因为核子间的作用力——核力是一种很强的力。
在过去,人们只知道宇宙间存在着两种作用力。第一种作用力是万有引力,第二种作用力是电磁作用力。在打开原子核以后,人们发现了第三种作用力——核力。
关于核力的详细情形目前还不清楚,但是有一点是可以肯定的,就是在极短的距离之内,核力是非常非常大的。有人估计,它要比万有引力大1038倍!
万有引力无论距离多远都能起作用。核力就不同了,只有当核子的距离比0.0000000000001厘米还小的时候,强大的核力才发生作用。比这距离稍远一些,核力就不起作用了。所以原子核是非常小而且又是非常牢固的。
科学家们仔细地测量了各种原子核的质量,算出了由基本粒子构成原子核的结合能。这是热核能,也就是核聚变能。
科学家还用计算证明,如果把重的原子核,例如铀核,分裂成两块的话,也会放出大量的能量。
1克23592U分裂成差不多相等的两块时,放出的能量如果都能转化成电能,就相当于23000度电(你可找资料,用公式计算一下)
这是核裂变能。
由此原子弹得以被研制成功的基础打成.
这下你知道这公式的原理了吧.
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