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核反应可以通过损失质量,释放能量,那么能量如何转为质量呢?

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在爱因斯坦出现之前,人们一直认为质量与能量是风马牛不相及的两件事,二者没有任何关系,但爱因斯坦告诉我们,质量与能量不但可以相互转化,而且二者本质上其实就是一件事,

  • 在爱因斯坦出现之前,人们一直认为质量与能量是风马牛不相及的两件事,二者没有任何关系,但爱因斯坦告诉我们,质量与能量不但可以相互转化,而且二者本质上其实就是一件事,质量不过是能量的一种表现形式而已。

    爱因斯坦不仅向我们说明了质量与能量之间的相互关系,还通过方程阐明了二者是如何实现转化的,这就是著名的质能方程E=mc∧2。在这个方程之中,E代表能量,m代表物体的质量,c代表光速。由质能方程可知,只需要微小的质量就可以转化为极其巨大的能量,因为光速取值299792458m/s,光速的平方是一个十分巨大的数字,所以即便是一个粉笔头,如果能够全部转化为能量,也会拥有摧枯拉朽的威力。

    那么如何才能将质量转化为能量呢?

    物理作用显然是不行的,任凭你脚踩马踏将一个粉笔头碾成齑粉,它也不过是外在形态发生了变化,如果你能够把这些齑粉收集起来,就会发现它们的总质量和之前的那个粉笔头是完全相等的。物理作用不行,那么化学反应行不行呢?日常最为常见的化学反应就是燃烧了,通过燃烧,一种物质会与其它物质发生反应,从而生成新的物质,二氧化碳和水就是最为常见的燃烧产物,而燃烧所产生的热量就是这个化学反应所释放的能量了。有能量释放,是不是就意味着有质量减少呢?理论上的确如此。

    从质能方程可知,只需要一个粉笔头就可以释放摧枯拉朽的能量,那么为什么烧了好几斤煤,却仍旧只点燃了一个小火堆呢?

    的确,化学反应也会出现质量亏损,但其亏损的质量与我们所想的并不相同。数公斤煤炭在燃烧过后会变成几两重的煤渣,看似好像损失了大量的质量,但实际上这些所谓的质量损失并没有真的丢失,它们只能变成了气体和尘埃飘散了出去,如果我们能够把燃烧所产生的烟尘全部收集起来,就会发现总质量与燃烧之前完全没有变化,即便你使用再精确的称重仪器,也无法发现质量的些许变化。既然质量毫无变化,为什么又说化学反应也会出现质量亏损呢?

    由于化学反应前后的质量是相等的,所以在很长一段时间以来,人们都认为化学反应不会产生质量亏损,直到核反应的出现,人们才意识到原来化学反应也会产生质量亏损,只不过亏损的幅度极为微小,微小到无法察觉罢了,而化学反应所产生的热量就是这一点点无法察觉的质量亏损所产生的。

    既然化学反应也无法产生可见的质量亏损,那么质量如何才能转化为能量呢?当然是依靠核反应。一般我们所讲的核能可以分为三类:核裂变、核聚变以及放射性元素的自然衰变。放射性元素会发生自然衰变,而衰变实际上就是释放一部分粒子而转化为另一种元素的过程。

    比如由94个质子和144个中子所组成的钚238,就会在衰变的过程中释放出两个质子和两个中子,从而变为铀234,这个过程会出现些许质量亏损,亏损的质量会以热量的形式被释放。

    相比放射性元素的自然衰变,核裂变与核聚变产生的质量亏损更加明显,所以释放的能量也更加巨大,核裂变是一种较重的元素裂变为两种较轻的元素,核聚变则是两种较轻的元素聚变为一种更重的元素,都会产生明显的质量亏损,所以就会释放出巨大的能量。以广岛原子弹为例,实际上那颗名为“小男孩”的原子弹只出现了不到1克的质量亏损,所产生的能量就造成了如此巨大的破坏。

    我们知道了质量是如何转化为能量的,那么能量又是如何转化为质量的呢?

    能量很难直接转化为我们所熟悉的质量,但质量有着多种不同的表现形式。通常我们所说的质量指的是物体的静止质量,但物体除了静止质量之外,还拥有动质量,目前我们还无法将能量直接转化为静止质量,但是却可以将能量转化为动质量,比如利用能量驱动汽车行驶就是一个能量转化为质量的过程,又比如在大型强子对撞机中,我们可以通过输入10∧9ev的能量将电子加速到每秒299792457.9964米,这就是一个典型的能量转化为动质量的例子。

    来源:科学信仰

发表时间:2021-11-10 | 评论 () | 复制本页地址 | 打印

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