그의 특수 상대성 이론에서 알버트 아인슈타인은 질량과 에너지가 동등하며 서로 변환 될 수 있다고 말했습니다. 여기에서 E = mc ^ 2라는 표현이 나오는데, 여기서 E는 에너지, m은 질량, c는 빛의 속도를 의미합니다. 이것은 원자 내의 질량이 에너지로 변환 될 수있는 핵 에너지의 기초입니다. 에너지는 또한 전자기력에 의해 결합 된 아 원자 입자에 의해 핵 외부에서 발견됩니다.
전자 에너지 수준
에너지는 전자기력에 의해 고정 된 원자의 전자 궤도에서 찾을 수 있습니다. 음전하를 띤 전자는 양전하를 띤 핵을 공전하며, 보유한 에너지의 양에 따라 서로 다른 궤도 수준에서 발견됩니다. 일부 원자가 에너지를 흡수하면 전자가 "여기"되어 더 높은 수준으로 점프한다고합니다. 전자가 초기 에너지 상태로 다시 떨어지면 전자기 복사의 형태로 에너지를 방출하며, 대부분 가시 광선이나 열로 방출됩니다. 또한 공유 결합 과정에서 전자가 다른 원자의 전자와 공유되면 결합 내에 에너지가 저장됩니다. 이러한 결합이 끊어지면 이후에 에너지가 방출되며 대부분 열의 형태로 방출됩니다.
원자력 에너지
원자에서 찾을 수있는 대부분의 에너지는 핵 질량의 형태입니다. 원자핵에는 강력한 핵력에 의해 결합 된 양성자와 중성자가 포함되어 있습니다. 그 힘이 파괴되면 핵은 찢어지고 질량의 일부를 에너지로 방출합니다. 이것은 핵분열로 알려져 있습니다. 융합으로 알려진 또 다른 과정은 두 개의 핵이 함께 모여보다 안정적인 핵을 형성하여 그 과정에서 에너지를 방출 할 때 발생합니다.
아인슈타인의 상대성 이론
그렇다면 원자핵에는 얼마나 많은 에너지가 저장되어 있습니까? 입자가 실제로 얼마나 작은 지에 비해 대답은 상당히 많습니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론은 E = mc ^ 2 방정식을 포함하는데, 이는 물질의 에너지가 질량에 빛의 속도의 제곱을 곱한 것과 동일 함을 의미합니다. 특히 양성자의 질량은 1.672 x 10 ^ -27 킬로그램이지만 1.505 x 10 ^ -10 줄을 포함합니다. 이것은 여전히 작은 숫자이지만 실제 용어로 표현하면 커집니다. 예를 들어, 물 1 리터에 들어있는 소량의 수소는 약 0.111kg입니다. 이것은 1 x 10 ^ 16 줄 또는 백만 갤런의 휘발유를 태워서 생성되는 에너지에 해당합니다.
원자력 에너지
질량을 에너지로 변환하면 상대적으로 작은 질량에서 엄청난 양의 에너지를 제공하기 때문에 이것은 유혹적인 연료 원입니다. 그러나 안전하고 통제 된 조건에서 반응이 일어나도록하는 것은 어려울 수 있습니다. 대부분의 원자력은 우라늄 핵분열에서 더 작은 입자로 나옵니다. 이것은 오염을 일으키지 않지만 위험한 방사성 폐기물을 생성합니다. 그럼에도 불구하고 원자력은 미국 전력 수요의 20 % 미만을 차지합니다.