Nella sua teoria della relatività speciale, Albert Einstein afferma che la massa e l'energia sono equivalenti e possono essere convertite l'una con l'altra. Qui è dove viene l'espressione E = mc ^ 2, in cui E sta per energia, m sta per massa e c sta per la velocità della luce. Questa è la base per l'energia nucleare, in cui la massa all'interno di un atomo può essere convertita in energia. L'energia si trova anche al di fuori del nucleo da particelle subatomiche tenute insieme dalla forza elettromagnetica.
Livelli di energia degli elettroni
L'energia può essere trovata negli orbitali elettronici di un atomo, tenuto in posizione da la forza elettromagnetica. Gli elettroni caricati negativamente orbitano un nucleo con carica positiva e, a seconda della quantità di energia che possiedono, si trovano in diversi livelli orbitali. Quando alcuni atomi assorbono energia, i loro elettroni si dicono "eccitati" e salgono a un livello più alto. Quando gli elettroni tornano al loro stato iniziale di energia, emetteranno energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche, il più delle volte come luce o calore visibile. Inoltre, quando gli elettroni sono condivisi con quelli di un altro atomo nel processo di legame covalente, l'energia viene immagazzinata all'interno dei legami. Quando questi legami vengono spezzati, l'energia viene successivamente rilasciata, il più delle volte sotto forma di calore.
Energia nucleare
La maggior parte dell'energia che può essere trovata in un atomo è sotto forma di massa nucleare. Il nucleo di un atomo contiene protoni e neutroni, che sono tenuti insieme dalla forte forza nucleare. Se quella forza dovesse essere distrutta, il nucleo si separerebbe e libererebbe una parte della sua massa come energia. Questo è noto come fissione. Un altro processo, noto come fusione, ha luogo quando due nuclei si uniscono per formare un nucleo più stabile, rilasciando energia nel processo.
Teoria della relatività di Einstein
Quindi quanta energia è immagazzinata in il nucleo di un atomo? La risposta è abbastanza, a paragone di quanto sia piccola la particella. La Teoria della Relatività Speciale di Einstein include l'equazione E = mc ^ 2, il che significa che l'energia nella materia è equivalente alla sua massa moltiplicata per il quadrato della velocità della luce. Specificamente, la massa di un protone è di 1.672 x 10 ^ -27 chilogrammi, ma contiene 1.505 x 10 ^ -10 joule. Questo è ancora un piccolo numero, ma quando è espresso in termini reali, diventa enorme. La piccola quantità di idrogeno in un litro di acqua, per esempio, è di circa 0,111 chilogrammi. Questo è equivalente a 1 x 10 ^ 16 joule, o l'energia prodotta bruciando un milione di litri di benzina.
Energia nucleare
Poiché la conversione della massa in energia fornisce una quantità così impressionante di energia da masse relativamente piccole, questa è una fonte di carburante allettante. Tuttavia, ottenere la reazione in condizioni sicure e controllate può essere una sfida. La maggior parte dell'energia nucleare deriva dalla fissione dell'uranio in particelle più piccole. Ciò non causa inquinamento, ma produce rifiuti radioattivi pericolosi. Tuttavia, l'energia nucleare rappresenta poco meno del 20% delle richieste di energia degli Stati Uniti.
