Dans sa théorie de la relativité restreinte, Albert Einstein a dit que la masse et l'énergie sont équivalentes et peuvent être converties l'une à l'autre. C'est de là que vient l'expression E = mc^2, dans laquelle E représente l'énergie, m représente la masse et c représente la vitesse de la lumière. C'est la base de l'énergie nucléaire, dans laquelle la masse d'un atome peut être convertie en énergie. L'énergie se trouve également à l'extérieur du noyau par des particules subatomiques maintenues ensemble par la force électromagnétique.
Niveaux d'énergie électronique
L'énergie peut être trouvée dans les orbitales électroniques d'un atome, maintenues en place par la force électromagnétique. Les électrons chargés négativement orbitent autour d'un noyau chargé positivement, et selon la quantité d'énergie qu'ils possèdent, ils se trouvent à différents niveaux orbitaux. Lorsque certains atomes absorbent de l'énergie, leurs électrons sont dits « excités » et sautent à un niveau supérieur. Lorsque les électrons redescendent à leur état énergétique initial, ils émettent de l'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique, le plus souvent sous forme de lumière visible ou de chaleur. De plus, lorsque des électrons sont partagés avec ceux d'un autre atome dans le processus de liaison covalente, l'énergie est stockée dans les liaisons. Lorsque ces liaisons sont rompues, de l'énergie est ensuite libérée, le plus souvent sous forme de chaleur.
Énergie nucléaire
La majeure partie de l'énergie que l'on peut trouver dans un atome est sous forme de masse nucléaire. Le noyau d'un atome contient des protons et des neutrons, qui sont maintenus ensemble par la force nucléaire forte. Si cette force était interrompue, le noyau se déchirerait et libérerait une partie de sa masse sous forme d'énergie. C'est ce qu'on appelle la fission. Un autre processus, connu sous le nom de fusion, a lieu lorsque deux noyaux se réunissent pour former un noyau plus stable, libérant de l'énergie au cours du processus.
La théorie de la relativité d'Einstein
Alors, combien d'énergie est stockée dans le noyau d'un atome? La réponse est beaucoup, comparée à la taille réelle de la particule. La théorie de la relativité restreinte d'Einstein comprend l'équation E = mc^2, ce qui signifie que l'énergie dans la matière est équivalente à sa masse multipliée par le carré de la vitesse de la lumière. Plus précisément, la masse d'un proton est de 1,672 x 10^-27 kilogrammes, mais il contient 1,505 x 10^-10 joules. C'est encore un petit nombre, mais lorsqu'il est exprimé en termes réels, il devient énorme. La petite quantité d'hydrogène dans un litre d'eau, par exemple, est d'environ 0,111 kilogramme. Cela équivaut à 1 x 10^16 joules, ou l'énergie produite en brûlant un million de gallons d'essence.
Énergie nucléaire
Parce que la conversion de la masse en énergie fournit une quantité d'énergie aussi stupéfiante à partir de masses relativement petites, il s'agit d'une source de carburant tentante. Cependant, faire en sorte que la réaction ait lieu dans des conditions sûres et contrôlées peut être un défi. La majeure partie de l'énergie nucléaire provient de la fission de l'uranium en particules plus petites. Cela ne cause pas de pollution, mais produit des déchets radioactifs dangereux. Pourtant, l'énergie nucléaire représente un peu moins de 20 % de la demande en électricité des États-Unis.
