Тип енергия, съхранявана в атом

В своята Специална теория на относителността Алберт Айнщайн казва, че масата и енергията са еквивалентни и могат да се преобразуват една в друга. Оттук идва изразът E = mc ^ 2, в който E означава енергия, m означава маса, а c означава скорост на светлината. Това е основата за ядрената енергия, при която масата в атома може да се превърне в енергия. Енергията се намира и извън ядрото чрез субатомни частици, които се държат заедно от електромагнитната сила.

Енергията може да бъде намерена в електронните орбитали на атома, задържани от електромагнитната сила. Отрицателно заредените електрони обикалят около положително заредено ядро ​​и в зависимост от това колко енергия притежават, те се намират на различни орбитални нива. Когато някои атоми абсорбират енергия, се казва, че техните електрони са „възбудени“ и скачат на по-високо ниво. Когато електроните спаднат обратно до първоначалното си енергийно състояние, те ще излъчват енергия под формата на електромагнитно излъчване, най-често като видима светлина или топлина. Освен това, когато електроните се споделят с тези на друг атом в процеса на ковалентно свързване, енергията се съхранява в рамките на връзките. Когато тези връзки се разкъсат, впоследствие се отделя енергия, най-често под формата на топлина.

По-голямата част от енергията, която може да се намери в атома, е под формата на ядрена маса. Ядрото на атома съдържа протони и неутрони, които се държат заедно от силната ядрена сила. Ако тази сила трябваше да бъде нарушена, ядрото ще се разкъса и ще освободи част от своята маса като енергия. Това е известно като делене. Друг процес, известен като синтез, се осъществява, когато две ядра се съберат, за да образуват по-стабилно ядро, освобождавайки енергия в процеса.

И така, колко енергия се съхранява в ядрото на атома? Отговорът е доста, в сравнение с това колко малка е частицата всъщност. Специалната теория на относителността на Айнщайн включва уравнението E = mc ^ 2, което означава, че енергията в материята е еквивалентна на нейната маса, умножена по квадрата на скоростта на светлината. По-конкретно, масата на протон е 1,672 х 10 ^ -27 килограма, но съдържа 1,505 х 10 ^ -10 джаула. Това все още е малко, но когато се изрази в реални условия, става огромно. Малкото количество водород в литър вода, например, е около 0,111 килограма. Това е еквивалентно на 1 х 10 ^ 16 джаула или енергията, произведена от изгарянето на милион галона бензин.

Тъй като преобразуването на масата в енергия осигурява такова зашеметяващо количество енергия от относително малки маси, това е изкусителен източник на гориво. Обаче получаването на реакцията да протече в безопасни и контролирани условия може да бъде предизвикателство. По-голямата част от ядрената енергия идва от деленето на уран на по-малки частици. Това не причинява замърсяване, но произвежда опасни радиоактивни отпадъци. И все пак ядрената енергия представлява малко по-малко от 20 процента от енергийните нужди на САЩ.