МАСА І ЕНЕРГІЯ

У 1900 році фізики, нарешті, усвідомили, що всередині атома існує величезний, практично невичерпний запас енергії. Спочатку здавалося неможливим, що абсолютна величина запасу енергії в атомі в мільйон разів перевищувала хімічну енергію. Проте після проведення серії досліджень, спочатку ніяк не пов'язаних з даною проблемою, цей висновок вже не виглядав таким неймовірним.

Припустимо, що людина, що стоїть на платформі, що рухається зі швидкістю 20 кілометрів на годину, кидає по ходу руху куля також зі швидкістю 20 кілометрів на годину. Нерухомого спостерігача, що стоїть на узбіччі, здалося б, що куля рухається зі швидкістю 40 кілометрів на годину (швидкість кидка підсумовується зі швидкістю кулі).

Якби куля кидали зі швидкістю 20 кілометрів на годину, але з платформи, рушійною-

З Л. Азімов

«Світи всередині світів »

ся назустріч нерухомому спостерігачеві зі швидкістю 20 кілометрів на годину, то йому кулю здався б нерухомим. Він побачив би, що куля нікуди не рухається, бо залишається в руці кидав і потім падає на землю.

Тому в XIX столітті здавалося цілком природним припустити, що точно так само і світло не рухається. Відомо було, що він подорожує з величезною швидкістю порядку 300 ТОВ кілометрів на секунду, тоді як Земля рухається по своїй орбіті навколо Сонця зі швидкістю приблизно 30 кілометрів на секунду.

Очевидно, що, якщо промінь світла, що виходить з якогось прив'язаного до Землі джерела, світил у напрямку руху Землі, його світло повинен був рухатися зі швидкістю 300 030 кілометрів на секунду. Якщо джерело світил у напрямку, протилежному руху Землі, то світло від нього мав рухатися зі швидкістю 299 970 кілометрів на секунду.

Чи можна було помітити таку невелику різницю при настільки величезній швидкості?

Американський фізик Альберт Майкель-сон (1852 - 1931) винайшов інтерферометр, точний прилад, за допомогою якого можна було порівнювати швидкості двох пучків світла з великою часткою точності. У 1887 році Майкельсон і його помічник, хімік Едвард Морлі (1838 - 1923) попи талісь виміряти відносні швидкості світла, використовуючи пучки світла, що направляються в різні боки. Частина цієї роботи була проведена в Американській морської академії, а інша в Інституті Кейза.

Результати експерименту Майкельсо-па-Морлі виявилися несподіваними. Виявилося, що швидкість світла завжди залишається постійною. Не мало значення, як було напрям променя, спрямовувався Чи ом в напрямку руху Землі, в протилежному або під яким-небудь кутом відносно поверхні землі - швидкість світла завжди виявлялася однієї і гой же.

Пояснення цього явища запропонував німецький вчений Альберт Ейнштейн (1879-1955), який в 1905 році сформулював положення спеціальної теорії відносності. Відповідно до точки зору Ейнштейна, швидкість не можна просто додати.

Однак, коли швидкість досягне десятків тисяч кілометрів на годину, відмінність стане досить великим і його вже можна буде виміряти. При русі зі швидкістю, що наближається до швидкості світла, що була, як показав Ейнштейн, постійною і недосяжною величиною, різниця виявляється настільки величезною, що швидкість джерела світла, хоча і величезна, додається до швидкості світла або віднімається з неї.

При таких швидкостях спостерігаються й інші ефекти. Відповідно до висновку Ейнштейна, жоден предмет, що володіє масою, не може рухатися швидше за швидкість світла. Більш того, якщо об'єкт починає рухатися все швидше і швидше, його величина відносно руху (як здаватиметься нерухомому спостерігачеві) стає менше і менше, тоді як маса продовжує зростати.

Досягнувши швидкості 260 ТОВ кілометрів на секунду, його довжина в напрямку руху складатиме половину тієї, що була в стані спокою, а маса вдвічі перевищить первісну. Досягнувши швидкості світла, його довжина досягне нульової позначки, в той час як маса стане нескінченно великою.

Але чи можливо таке насправді?

Звичайні предмети ніколи не переміщаються так швидко, щоб це призводило до істотних змін їх довжини і маси. Однак, коли мова йде про субатомних частинок, що рухаються зі швидкістю десятки тисяч кілометрів, все виявляється не так просто.

Німецький фізик Альфред Генріх Бухе-рер (1863-1927) повідомив в 1908 році, що маса електрона, що рухається з величезною швидкістю, збільшується саме так, як було передбачено в гіпотезі Ейнштейна. Численні дослідження, проведені в наступні роки з досить великою точністю, підтвердили збільшення маси за рахунок енергії. Запропонована Ейнштейном спеціальна теорія відносності була підтверджена в безлічі експериментів і прийнята сучасними фізиками.

З теорії Ейнштейна були зроблені і більш далекосяжні висновки. Учений показав, що маса є формою енергії. Він вивів їх кількісне співвідношення («рівняння маси-енергії»), яке виглядає наступним чином:

Е-тс2,

и де Е - енергія, т - маса , с - швидкість світла.

Якщо маса вимірюється в грамах, а швидкість світла в сантиметрах на секунду, то рівність призведе до одиниці енергії, названої ергом. Виявилося, що 1 грам маси дорівнює 900 мільярдам мільярдів ергов енергії. 1 ерг містить зовсім небагато енергії, але 900 мільярдів мілі-

Знищена матерія (або маса) /

Ардов - це вже досить значне кількість.

Енергія 1 грама маси може забезпечити горіння 100-ватної лампочки протягом 35 тисяч років.

Значна різниця між масою і відповідної їй енергією багато років викликала недовіру до співвідношення, виведеному Ейнштейном. Коли відбувається хімічна реакція, також вивільняється енергія, але маса матеріалів, що вступають у реакцію, змінюється дуже незначно.

Припустимо, зокрема, що спалили галон (близько 4,5 літра) бензину. Він име ет масу 2800 грамів і, щоб утворити вуглекислий газ і воду, з'єднується приблизно з 10 ТОВ грамами кисню, виділяючи при цьому 1,35 мільйона мільярдів ергов енергії. Цієї кількості енергії достатньо, щоб проїхати на автомобілі приблизно 25 - 30 кілометрів. Але, згідно з рівнянням Ейнштейна, вся ця енергія дорівнює всього лише мільйонної частці грама. Це означає, що в ході згоряння маса 12800 грамів вихідних матеріалів зменшилася на цю саму мільйонну частку грама, яка була віддана в якості енергії.

Ніякої прилад, відомий хімікам XIX століття, не зміг би виявити таку крихітну втрату маси по відношенню до величезного цілого. Не дивно, що починаючи з часів Лавуазьє вчені вважали, що закон збереження маси дотримується неухильно.

Радіоактивний розпад атомів супроводжується набагато більшим виділенням енергії, ніж хімічні реакції, і середня втрата маси відповідно виявляється вищою. Втрата маси при розпаді радіоактивних елементів точно відповідає виділенню енергії в тій кількості, як передбачав Ейнштейн.

Після 1905 фізики перестали розглядати закон збереження енергії, хоча хіміки без проблем продовжували його використовувати, бо при звичайних хімічних реактив циях вихідна маса зберігалася. Вони стали говорити про закон збереження енергії і враховувати, що маса була тільки однією і вельми концентрованої формою енергії.

Рівняння маси-енергії точно пояснило, чому атом міг утримувати такий величезний заряд енергії. І справді, дивно, що в ході радіоактивних змін виділялося так мало енергії. І все ж, коли атом урану поступово змінювався, перетворюючись на атом свинцю, виділялося в мільйон разів більше енергії, ніж при найінтенсивніших хімічних реакціях. Вся ця величезна енергія, що виділялася в ході радіоактивного розпаду, становила приблизно половину 1% всієї енергії, якої була еквівалентна маса атома урану.

Створивши Резерфордом теорії будови атома стало ясно, що джерело енергії радіоактивності, швидше за все, знаходиться в атомному ядрі, де зосереджена практично вся маса атома. Ось чому фізики зосередилися на вивченні ядра.

Інформація, релевантна " МАСА І ЕНЕРГІЯ "

1. ВСТУП
   енергія служить людині з найперших його кроків на Землі. Вона постачає його світлом і теплом без малого мільярд років. Справа в тому, що Сонце є величезною атомної машиною, і саме воно виробляє тепло і світло, завдяки якому на Землі з'явилося життя. Для того щоб людина навчилася керувати атомною енергією і зрозумів її природу, як це трапилося в XX столітті, мали виникнути
   
2. Азімов Айзек. Світи всередині світів. Історія відкриття і підкорення атомної енергії / Пер. з англ. С. Федорова. - М.: ЗАТ Центр-поліграф. - 172 с., 2004
   
   
3. 10.10. Енергозбереження
   енергії та енергетичного подорожчання виробленої продукції. Антропогенне енергія надходить в АгрЕС у формі пов'язаної енергії, витраченої на виробництво добрив, пестицидів, пального, сільськогосподарської техніки, будівництво тваринницьких приміщень і т.д. Економічний ефект від нарощування величини антропогенної енергії підпорядковується дії закону спадної ефективності
   
4. 3.5 Оцінка збитку від забруднення водойм
   маса річного скидання домішок даним джерелом в К-й водогосподарський ділянка, ум . т / рік; 3K - константа, значення якої залежить від виду господарського ділянки (пріл.8). Значення величини М визначається за формулою М = X АТГ, (3.25) i = 1 де i - вид скидається забруднювача (i = 1, 2, 3, ... n); П - кількість видів забруднювачів; mi - загальна маса річного скидання i-го
   
5. ЩО ВІДЧУВАЄ
   маса однієї людини цілком перейшла в образ іншого, то і відчував би перший. Отже, почуття даної матерії залежить від присутності її в тому або іншому тварину. Коротше - де маса, там і почуття. Де немає даної маси, там почуває інша матерія. Коли ми переходимо з місця на місце, то переміщається також і почуття. Пересіли нас на Місяць - там буде і наше почуття. Одна і та ж маса
   
6. 2.6. Показники безвідходності промислових виробництв
   маса i-того виду ресурсу в j-тому технологічному продукті; UM i - маса введеного в процес i-того виду ресурсу. Сумарний матеріальний показник безвідходності визначається за формулою mn Ф «= 1 Mj IMi, (2.50) j = 1 / i = 1 де M. - Маса. -Того технологічного продукту. Чисельні значення показників безвідходності менше одиниці. Показники рр і ф визначаються
   
7. ПРИРОДНІ РЕСУРСИ
   енергетичної базою. Склад використовуваних людьми ресурсів з часом змінюється. Земля віддала людині в першу чергу те, що лежало на її поверхні. У сучасному господарстві застосовуються всі відомі науці хімічні елементи та їх сполуки, енергія атомного ядра. Навіть вода і повітря, які зовсім недавно розглядалися як засоби біологічного існування людини і всього живого
   
8. ВИСНОВОК
   енергією за рахунок оптимального поєднання традиційних (у першу чергу вугілля та атомної енергії) і нетрадиційних (сонця, вітру та ін.) джерел енергії та енергозбереження; уникнути виснаження ресурсів за рахунок широко використання вторинної сировини; знизити рівень забруднення навколишнього середовища за рахунок вдосконалення технології виробництва; зберегти
   
9. круговорот газоподібних І осадового ЦИКЛОВ
   маса рухомих речовин, не пов'язаних з організмами; 2. обмінний фонд - значно менший, але дуже активний, обумовлений прямим обміном біогенною речовиною між організмами і їхнім безпосереднім оточенням. Слід відзначити лише один-єдиний на Землі процес, який не витрачає, а запасає, пов'язує сонячну енергію - це створення органічної речовини в результаті
   
10. (дод.) § 29. БЮДЖЕТ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ В екосистемах
    маса стає їжею детритофагов і редуцентов. На знімках, зроблених із космосу, наземні екосистеми мають зелений колір, а водні - блакитний. Якби фітофаги водних екосистем працювали також «погано», як в наземних, то водні екосистеми на космознімках були б теж зеленими. Контрольні питання 1. Яку частину сонячної енергії можуть засвоїти рослини
    
11. Невідоме
    енергії. Дійсно, в космосі існують місця, де рівень радіації надзвичайно високий. Чи могло це бути слідом анігіляції космічних частинок? Людині неодноразово доводилося мати справу з проявами нових для нього сил і знаходити нові джерела енергії. Приблизно до 1900 року ніхто й не підозрював про існування атомної енергії. Чи можемо ми бути впевненими в тому, що природа
    
12. 2. Пояски порядку і переконливості
      маса і механічний імпульс р »mv. Отже, невірно говорити про універсальну еквівалентності або взаімопревращаемості маси і енергії. Другий приклад. Коли теоретики і навіть експериментатори проводять відмінність між інерційної і гравітаційної масами (проте відразу ж після цього при-равнівая їх), можна помітити, що нам не відомо, щоб була запропонована теорія, в якій