Jenis Energi yang Tersimpan Dalam Atom

Dalam Teori Relativitas Khususnya, Albert Einstein mengatakan bahwa massa dan energi adalah setara dan dapat diubah satu sama lain. Di sinilah ekspresi E = mc^2 berasal, di mana E adalah energi, m adalah massa dan c adalah kecepatan cahaya. Ini adalah dasar untuk energi nuklir, di mana massa dalam atom dapat diubah menjadi energi. Energi juga ditemukan di luar inti oleh partikel subatomik yang disatukan oleh gaya elektromagnetik.

Energi dapat ditemukan dalam orbital elektron atom, yang ditahan oleh gaya elektromagnetik. Elektron bermuatan negatif mengorbit inti bermuatan positif, dan tergantung pada berapa banyak energi yang mereka miliki, mereka ditemukan di tingkat orbital yang berbeda. Ketika beberapa atom menyerap energi, elektron mereka dikatakan "bersemangat" dan melompat ke tingkat yang lebih tinggi. Ketika elektron turun kembali ke keadaan energi awalnya, mereka akan memancarkan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik, paling sering sebagai cahaya tampak atau panas. Selain itu, ketika elektron digunakan bersama dengan elektron atom lain dalam proses ikatan kovalen, energi disimpan dalam ikatan. Ketika ikatan itu diputus, energi kemudian dilepaskan, paling sering dalam bentuk panas.

Sebagian besar energi yang dapat ditemukan dalam atom adalah dalam bentuk massa inti. Inti atom mengandung proton dan neutron, yang disatukan oleh gaya nuklir kuat. Jika gaya itu diganggu, nukleus akan terkoyak dan melepaskan sebagian massanya sebagai energi. Ini dikenal sebagai fisi. Proses lain, yang dikenal sebagai fusi, terjadi ketika dua inti bersatu untuk membentuk inti yang lebih stabil, melepaskan energi dalam proses tersebut.

Jadi berapa banyak energi yang tersimpan dalam inti atom? Jawabannya cukup banyak, dibandingkan dengan seberapa kecil partikel itu sebenarnya. Teori Relativitas Khusus Einstein memasukkan persamaan E = mc^2, yang berarti bahwa energi dalam materi setara dengan massanya dikalikan kuadrat kecepatan cahaya. Secara khusus, massa proton adalah 1,672 x 10^-27 kilogram, tetapi mengandung 1,505 x 10^-10 joule. Ini masih jumlah yang kecil, tetapi ketika dinyatakan dalam istilah dunia nyata, itu menjadi besar. Jumlah kecil hidrogen dalam satu liter air, misalnya, adalah sekitar 0,111 kilogram. Ini setara dengan 1 x 10^16 joule, atau energi yang dihasilkan dengan membakar satu juta galon bensin.

Karena konversi massa menjadi energi memberikan jumlah energi yang mengejutkan dari massa yang relatif kecil, ini adalah sumber bahan bakar yang menggoda. Namun, mendapatkan reaksi berlangsung dalam kondisi yang aman dan terkendali bisa menjadi tantangan. Sebagian besar tenaga nuklir berasal dari fisi uranium menjadi partikel yang lebih kecil. Ini tidak menyebabkan polusi, tetapi menghasilkan limbah radioaktif yang berbahaya. Namun, tenaga nuklir menyumbang sedikit kurang dari 20 persen dari kebutuhan listrik Amerika Serikat.