Savā īpašajā relativitātes teorijā Alberts Einšteins teica, ka masa un enerģija ir līdzvērtīgas un tās var pārveidot savā starpā. Šeit rodas izteiciens E = mc ^ 2, kurā E apzīmē enerģiju, m apzīmē masu un c - gaismas ātrumu. Tas ir pamats kodolenerģijai, kurā atoma masu var pārveidot par enerģiju. Enerģiju ārpus kodola atrod arī subatomiskās daļiņas, kuras kopā notur elektromagnētiskais spēks.
Elektronu enerģijas līmeņi
Enerģiju var atrast atoma elektronu orbitālēs, kuras notur elektromagnētiskais spēks. Negatīvi lādēti elektroni riņķo ap pozitīvi uzlādētu kodolu, un atkarībā no tā, cik daudz enerģijas viņiem piemīt, tie atrodas dažādos orbītas līmeņos. Kad daži atomi absorbē enerģiju, tiek uzskatīts, ka to elektroni ir "satraukti" un lec uz augstāku līmeni. Kad elektroni nokrīt atpakaļ sākotnējā enerģijas stāvoklī, tie izstaro enerģiju elektromagnētiskā starojuma veidā, visbiežāk kā redzamo gaismu vai siltumu. Turklāt, kad kovalentās saites procesā elektroni tiek koplietoti ar cita atoma elektroniem, enerģija tiek uzkrāta saitēs. Kad šīs saites tiek pārrautas, pēc tam tiek atbrīvota enerģija, visbiežāk siltuma veidā.
Atomenerģija
Lielākā daļa enerģijas, ko var atrast atomā, ir kodolmasas formā. Atoma kodols satur protonus un neitronus, kurus spēcīgais kodolspēks notur kopā. Ja šis spēks tiktu izjaukts, kodols saplīstu un atbrīvotu daļu no savas masas kā enerģiju. To sauc par skaldīšanu. Cits process, kas pazīstams kā kodolsintēze, notiek, kad divi kodoli apvienojas, veidojot stabilāku kodolu, atbrīvojot enerģiju šajā procesā.
Einšteina relativitātes teorija
Tātad, cik daudz enerģijas tiek uzkrāts atoma kodolā? Atbilde ir diezgan daudz, salīdzinot ar to, cik daļiņa patiesībā ir maza. Einšteina īpašā relativitātes teorija ietver vienādojumu E = mc ^ 2, kas nozīmē, ka enerģija vielā ir ekvivalenta tās masai, kas reizināta ar gaismas ātruma kvadrātu. Konkrēti, protona masa ir 1,672 x 10 ^ -27 kilogrami, bet tajā ir 1,505 x 10 ^ -10 džouli. Tas joprojām ir mazs skaitlis, bet, kad tas tiek izteikts reālajā pasaulē, tas kļūst milzīgs. Piemēram, neliels ūdeņraža daudzums litrā ūdens ir aptuveni 0,111 kilograms. Tas ir ekvivalents 1 x 10 ^ 16 džouliem vai enerģijai, kas rodas, sadedzinot miljonu galonu benzīna.
Atomenerģija
Tā kā masas pārvēršana enerģijā nodrošina tik satriecošu enerģijas daudzumu no salīdzinoši mazām masām, tas ir vilinošs degvielas avots. Tomēr reakcijas panākšana drošos un kontrolētos apstākļos var būt izaicinājums. Lielākā daļa kodolenerģijas rodas no urāna sadalīšanās mazākās daļiņās. Tas nerada piesārņojumu, bet rada bīstamus radioaktīvos atkritumus. Tomēr kodolenerģija veido nedaudz mazāk nekā 20 procentus no ASV pieprasījuma pēc enerģijas.