Savo specialioje reliatyvumo teorijoje Albertas Einšteinas sakė, kad masė ir energija yra lygiaverčiai ir gali būti paversti vienas kitu. Čia kyla išraiška E = mc ^ 2, kurioje E reiškia energiją, m reiškia masę ir c reiškia šviesos greitį. Tai yra branduolinės energijos, kurioje atomo masė gali būti paversta energija, pagrindas. Energiją už branduolio randa ir elektromagnetinės jėgos laikomos subatominės dalelės.
Elektronų energijos lygiai
Energiją galima rasti atomo elektronų orbitalėse, kurias laiko elektromagnetinė jėga. Neigiamai įkrauti elektronai skrieja aplink teigiamai įkrautą branduolį ir, priklausomai nuo to, kiek energijos jie turi, yra skirtinguose orbitos lygiuose. Kai kai kurie atomai sugeria energiją, sakoma, kad jų elektronai yra „susijaudinę“ ir šokinėja į aukštesnį lygį. Kai elektronai nukris atgal į pradinę energijos būseną, jie skleis energiją elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu, dažniausiai kaip matoma šviesa ar šiluma. Be to, kai kovalentinio jungimosi procese elektronai dalijasi su kito atomo elektriniais, jungtyse kaupiama energija. Kai šios jungtys nutrūksta, vėliau išsiskiria energija, dažniausiai šilumos pavidalu.
Atominė energija
Daugiausia energijos, kurią galima rasti atome, yra branduolio masė. Atomo branduolyje yra protonai ir neutronai, kuriuos kartu laiko stipri branduolio jėga. Jei ta jėga būtų sutrikdyta, branduolys suirtų ir išleistų dalį savo masės kaip energiją. Tai vadinama dalijimusi. Kitas procesas, žinomas kaip sintezė, vyksta tada, kai du branduoliai susijungia ir sudaro stabilesnį branduolį, išlaisvinantį energiją.
Einšteino reliatyvumo teorija
Taigi, kiek energijos yra sukaupta atomo branduolyje? Atsakymo yra gana daug, palyginti su tuo, kokia dalelė iš tikrųjų yra maža. Specialioji Einšteino reliatyvumo teorija apima lygtį E = mc ^ 2, o tai reiškia, kad materijos energija yra lygi jos masei, padaugintai iš šviesos greičio kvadrato. Konkrečiau, protono masė yra 1,672 x 10 ^ -27 kilogramai, tačiau jame yra 1,505 x 10 ^ -10 džaulių. Tai vis dar yra nedidelis skaičius, bet kai jis išreiškiamas realiu pasauliu, jis tampa didžiulis. Pavyzdžiui, nedidelis vandenilio kiekis litre vandens yra apie 0,111 kilogramo. Tai prilygsta 1 x 10 ^ 16 džaulių arba energijai, pagamintai deginant milijoną galonų benzino.
Atominė energija
Kadangi pavertus masę energija gaunamas toks stulbinantis energijos kiekis iš palyginti mažų masių, tai yra viliojantis kuro šaltinis. Tačiau reakcija vyksta saugiomis ir kontroliuojamomis sąlygomis gali būti iššūkis. Daugiausia branduolinės energijos gaunama suskaidžius uraną į mažesnes daleles. Tai nesukelia taršos, tačiau susidaro pavojingų radioaktyviųjų atliekų. Vis dėlto branduolinė energija sudaro šiek tiek mažiau nei 20 procentų JAV energijos poreikių.