Aplicarea energiei atomice
Utilizarea energiei nucleare în lumea modernă este atât de importantă încât, dacă ne-am trezit mâine și energia reacției nucleare a dispărut, lumea, așa cum o știm, ar înceta probabil să mai existe. Utilizarea pașnică a surselor de energie nucleară formează baza producției industriale și a vieților unor țări precum Franța și Japonia, Germania și Regatul Unit, Statele Unite și Rusia. Iar dacă cele două țări din urmă pot înlocui sursele de energie nucleară cu centrale termice. atunci este pur și simplu imposibil pentru Franța sau Japonia.
Utilizarea energiei atomice creează multe probleme. Practic, toate aceste probleme se datorează faptului că utilizarea pentru noi a energiei obligatorii nucleare (pe care noi o numim energie nucleară), o persoană primește un rău semnificativ sub forma de deșeuri foarte radioactive care nu pot fi pur și simplu aruncate. Deșeurile provenite din surse de energie nucleară trebuie prelucrate, transportate, îngropate și depozitate mult timp în condiții de siguranță.
Pro și contra, avantajele și prejudiciile cauzate de utilizarea energiei nucleare
Luați în considerare avantajele și dezavantajele utilizării energiei nucleare-nucleare, a utilizării, a răului și a semnificației în viața omenirii. Este evident că energia nucleară de azi este necesară numai în țările industrializate. Adică aplicarea principală a energiei nucleare pașnice se găsește în principal în instalații precum fabrici, întreprinderi de prelucrare etc. Este o producție intensivă din punct de vedere energetic, departe de sursele de energie electrică ieftină (cum ar fi centralele hidroelectrice) utilizate de stațiile nucleare pentru a susține și dezvolta procesele lor interne.
Regiunile agrare și orașele nu au nevoie prea mult de energie atomică. Poate fi înlocuit cu stații termice și alte stații. Se pare că măiestria, achiziția, dezvoltarea, producția și utilizarea energiei nucleare este în principal destinată satisfacerii nevoilor noastre de produse industriale. Să vedem ce fel de producție: industria automobilelor, producția militară, metalurgia, industria chimică, complexul petrolier și gaz, etc.
Și el obține totul. Nu contează că, în cele din urmă, discrepanța dintre cuvânt și faptă conduce la război. Nu contează că este nevoie de energie pentru utilizarea sa. Până în prezent, persoana este calmă. El mănâncă, bea, merge la muncă, vinde și cumpără.
Și pentru toate acestea, aveți nevoie de energie. Și pentru asta aveți nevoie de mult ulei, gaz, metal, etc. Și toate aceste procese industriale au nevoie de energie atomică. Prin urmare, indiferent cine spune nimic, până la lansarea primului reactor industrial pentru fuziunea termonucleară în serie, puterea nucleară se va dezvolta.
Toată lumea va avea mai puțin de mâncare, mai puțin de trăit și mai puțin să se bucure de natura înconjurătoare. Aici se află un alt plus sau minus de energie atomică, care constă în faptul că țările care au stăpânit atomul vor putea să redistribuie mai eficient sub ele resursele limitate ale celor care nu au stăpânit atomul. Mai mult decât atât, numai dezvoltarea unui program de fuziune termonucleară va permite omenirii să supraviețuiască elementar. Acum, să explicăm pe degete ce fel de "fiară" este energia nucleară (nucleară) și cu ce se mănâncă.
Mass, materie și energie atomică (nucleară)
Adesea, trebuie să auziți afirmația că "masa și energia sunt una și aceeași" sau astfel de judecăți, ca și cum expresia E = mc2 explică explozia unei bombe atomice (nucleare). Acum, că aveți prima idee despre energia nucleară și aplicarea acesteia, ar fi cu adevărat nerezonabilă să vă confundați cu declarații precum "masa este egală cu energia". În orice caz, acest mod de a interpreta marea descoperire nu este cel mai bun. Aparent, acesta este doar spiritul tinerilor reformiști, "Galileanii de la Noul Timp". De fapt, predicția unei teorii, care a fost verificată de mai multe experimente, spune doar că energia are o masă.
Acum vom explica punctul de vedere modern și vom da o scurtă trecere în revistă a istoriei dezvoltării sale.
Când energia oricărui corp material crește, crește masa și atribuim această masă suplimentară creșterii energiei. De exemplu, după absorbția radiației, absorbantul devine mai fierbinte și crește masa acestuia. Cu toate acestea, creșterea este atât de mică încât rămâne în afara limitelor de precizie a măsurătorilor în experimentele obișnuite. Dimpotrivă, dacă o substanță emite radiații, ea își pierde o picătură de masă, care este dusă de radiație. Se ridică o întrebare mai largă: nu este întreaga masă a materiei condiționată de energie, adică există o sursă enormă de energie în întreaga substanță? Cu mulți ani în urmă, transformările radioactive au răspuns pozitiv la acest lucru. În decăderea atomului radioactiv, se eliberează o cantitate enormă de energie (în principal sub forma energiei cinetice) și o mică parte din masa atomului dispare. Acest lucru este indicat în mod clar prin măsurători. Astfel, energia poartă cu ea o masă, reducând astfel masa materiei.
În consecință, o parte din masa materiei este interschimbabilă de masa radiației, a energiei cinetice etc. De aceea spunem: "energia și materia sunt parțial capabile de transformări reciproce". Mai mult, acum putem crea particule de materie care au o masă și sunt capabile să se transforme complet în radiație, având și o masă. Energia acestei radiații poate merge în alte forme, dându-le masa. Dimpotrivă, radiația poate fi transformată în particule de materie. Deci, în loc de "energie are masa", putem spune că "particulele de materie și radiații sunt interconvertibile și, prin urmare, sunt capabile de transformări reciproce cu alte forme de energie". Aceasta este crearea și distrugerea materiei. Aceste evenimente devastatoare, nu poate avea loc în domeniul fizicii convenționale, chimie și tehnologie, ar trebui să fie căutate, fie în procesele mici, dar activi, a studiat fizica nucleară, sau într-un cuptor la temperaturi ridicate bombe atomice, soarele și stelele. Cu toate acestea, ar fi nerezonabil să afirmăm că "energia este o masă". Spunem: "energia, ca substanță, are masă".
Greutatea substanței obișnuite
Spunem că masa materiei obișnuite conține un stoc enorm de energie internă egal cu produsul de masă (viteza luminii) 2. Dar această energie este închisă în masă și nu poate fi eliberată fără dispariția unei părți din ea. Cum a apărut o astfel de idee uimitoare și de ce nu a fost descoperită până acum? A fost sugerată mai devreme - experiment și teorie în diferite forme - dar până în secolul al XX-lea, schimbarea de energie nu a fost observată, deoarece în experimente obișnuite corespunde unei schimbări incredibil de mici în masă. Cu toate acestea, acum suntem siguri că glonțul zburător are o masă suplimentară datorită energiei sale cinetice. Chiar și la o viteză de 5000 m / s glonțul care cântărește singur exact 1 g, va avea o greutate totală de platină 1.00000000001 incandescent 1 kg, toate acestea .000000000004 kg și, practic, nici o ponderare nu va fi în măsură să înregistreze aceste schimbări. Numai atunci când nucleele atomice sunt eliberate din rezervele enorme de energie, sau în cazul în care atomice „cochilii“ sunt accelerate la o viteză apropiată de viteza luminii, o mulțime de energie devine vizibil.
Pe de altă parte, chiar și diferența abia perceptibilă în masă marchează posibilitatea de a aloca o cantitate imensă de energie. Astfel, atomii de hidrogen și heliu au mase relativ de 1,008 și 4,004. Dacă cele patru nuclee de hidrogen s-ar putea uni într-un nucleu de heliu, masa de 4.032 s-ar schimba la 4.004. Diferența este mică, doar 0,028 sau 0,7%. Dar ar însemna o eliberare gigantică de energie (în principal sub forma radiației). 4,032 kg de hidrogen ar da 0,028 kg de radiație, care ar avea o energie de aproximativ 600.000.000.000 cal.
Comparați acest lucru cu 140.000 Cal care este generat prin combinarea aceleiași cantități de hidrogen cu oxigen într-o explozie chimică.
Energia cinetică convențională face o contribuție apreciabilă la masa protonilor foarte rapizi produsi de ciclotroni, ceea ce creează dificultăți atunci când lucrează cu astfel de mașini.
De ce mai credem că E = mc2
Acum percepem acest lucru ca o consecință directă a teoriei relativității, dar primele suspiciuni au apărut deja spre sfârșitul secolului al XIX-lea, în legătură cu proprietățile radiației. Apoi părea probabil că radiația avea o masă. Și din moment ce transmisia de radiații, ca și pe aripi, cu viteza cu energie, mai precis, este energia în sine, atunci a fost un exemplu de masă care aparținea unui ceva "nesubstanțial". Legile experimentale ale electromagnetismului au prezis că undele electromagnetice ar trebui să aibă o "masă". Dar, înainte de crearea teoriei relativității, numai o fantezie nemărginită ar putea extinde raportul m = E / c2 la alte forme de energie.
Toate tipurile de radiații electromagnetice (unde radio, infraroșu, lumină vizibilă și ultravioletă etc.) au câteva trăsături comune: toate se propagă în vid în aceeași viteză și toate transferă energia și impulsul. Ne imaginăm lumina și alte radiații sub forma unor unde de propagare cu o viteză mare dar determinată c = 3 * 108 m / s. Când lumina cade pe suprafața absorbantă, apare căldură, indicând faptul că fluxul de lumină transportă energie. Această energie trebuie propagată împreună cu fluxul cu aceeași viteză a luminii. De fapt, viteza luminii se măsoară în felul acesta: prin timpul de zbor al unei porțiuni de energie luminoasă de o distanță mare.
Când lumina cade pe suprafața unor metale, ea scutură electronii care zboară în exact același fel ca și cum ar fi lovit o minge compactă. Energia luminii. cel mai probabil, este distribuit prin porțiuni concentrate, pe care le numim "quanta". Aceasta este natura cuantică a radiației, în ciuda faptului că aceste porțiuni sunt aparent create de valuri. Fiecare porțiune de lumină cu aceeași lungime de undă are aceeași energie, definită de "cuantumul" energiei. Astfel de porțiuni se grăbesc la viteza luminii (de fapt, ele sunt lumina), transferând energia și impulsul (impulsul). Toate acestea ne permit să atribuim o anumită masă radiației - fiecare masă are o anumită masă.
Atunci când lumina din oglindă se reflectă din oglindă, căldura nu este eliberată, deoarece fasciculul reflectat îndepărtează toată energia, dar o presiune asemănătoare cu presiunea bilelor elastice sau a moleculelor acționează asupra oglinzii. Dacă, în loc de o oglindă, lumina atinge suprafața absorbantă neagră, presiunea devine jumătate. Acest lucru indică faptul că fasciculul poartă cantitatea de mișcare pe care o rotește oglinda. În consecință, lumina se comportă ca și cum ar avea o masă. Dar este posibil să învățăm din altă parte că ceva are o masă? Există o masă în sine, cum ar fi lungimea, culoarea verde sau apa? Sau este un concept artificial, definit de un comportament ca Modesty? De fapt, masa este cunoscută în trei manifestări:
- A. O afirmație cețoasă care caracterizează cantitatea de "substanță" (masa din acest punct de vedere este inerentă substanței - o entitate pe care o putem vedea, atinge, împinge).
- B. Anumite declarații care o relaționează cu alte cantități fizice.
- B. Masa este păstrată.
Rămâne să determinăm masa prin cantitatea de mișcare și energie. Apoi, orice lucru în mișcare cu cantitatea de mișcare și energie trebuie să aibă o "masă". Masa lui ar trebui să fie (cantitatea de mișcare) / (viteza).
Teoria relativității
Dorința de a lega împreună o serie de paradoxuri experimentale referitoare la spațiul și timpul absolut, a dat naștere teoriei relativității. Două soiuri de experimente cu rezultate luminoase au produs rezultate contradictorii, iar experimentele cu electricitate au exacerbat acest conflict. Apoi, Einstein a propus schimbarea regulilor geometrice simple pentru adăugarea de vectori. Această schimbare este esența "teoriei speciale a relativității".
Pentru viteze mici (de la un melc lent până la cel mai rapid dintre rachete), o nouă teorie este de acord cu cea veche.
La viteze mari, comparabile cu viteza luminii, măsurarea lungimilor sau a timpului este modificată de mișcarea corpului în raport cu observatorul, în special masa corpului devine mai mare cu cât se mișcă mai repede.
Apoi, teoria relativității a proclamat că această creștere a masei este absolut generală. La viteze normale, nu există schimbări, iar numai la o viteză de 100.000.000 km / h masa crește cu 1%. Cu toate acestea, pentru electroni și protoni emise de atomi radioactivi sau acceleratoare moderne, ajunge la 10, 100, 1000% .... Experimentele cu astfel de particule de mare energie confirmă perfect raportul dintre masă și viteză.
La celălalt capăt este radiația, care nu are o masă de odihnă. Nu este o substanță și nu poate fi ținută singură; pur și simplu are masa și se mișcă cu viteza c, astfel încât energia sa să fie egală cu mc2. Despre quanta, vorbim despre fotoni, când vrem să observăm comportamentul luminii ca un flux de particule. Fiecare foton are o anumită masă m, o anumită energie E = mc2 și un impuls (momentum).
Transformări nucleare
În unele experimente cu nucleele masei de atomi, după explozii turbulente, pliere, nu dau aceeași masă totală. Energia eliberată poartă cu ea și o parte din masă; se pare că partea lipsă a materialului atomic a dispărut. Totuși, dacă atribuim energiei măsurate masa E / c2, constatăm că masa este conservată.
Anihilarea materiei
Suntem obișnuiți să ne gândim la masă ca o proprietate inevitabilă a materiei, astfel încât trecerea maselor de la materie la radiație - de la lampă la raza de lumină care se îndepărtează - arată aproape ca distrugerea materiei. Încă un pas - și vom fi surprinși să aflăm ce se întâmplă cu adevărat: electronii pozitivi și negativi, particulele de materie, care se unesc, se transformă complet în radiații. Masa substanței lor este transformată într-o masă egală de radiații. Acesta este cazul dispariției materiei în sensul cel mai literal. Ca și în foc, într-o lumină puternică.
Măsurătorile arată că (energia, radiația în timpul anihilării) / c2 este egală cu masa totală a celor doi electroni - pozitivă și negativă. Antiprotonul, atunci când este combinat cu un proton, anihilează, de obicei, cu ejectarea de particule mai ușoare cu o mare energie cinetică.
Crearea unei substanțe
Acum, că am învățat să dispunem de radiații de înaltă energie (raze X de ultrascurte), putem pregăti particule de materie din radiații. Dacă astfel de fascicule bombardează țintă, uneori dau o pereche de particule, de exemplu electroni pozitivi și negativi. Și dacă vom folosi din nou formula m = E / c2 atât pentru radiație, cât și pentru energia cinetică, masa va fi conservată.
Aproximativ complexul - Energia nucleară (atomică)
- Galerie de imagini, poze, fotografii.
- Energia nucleară, energia atomului - baza, posibilitățile, perspectivele, dezvoltarea.
- Informații interesante, informații utile.
- Stiri ecologice - Energia nucleara, energia atomului.
- Referințe la materiale și surse - Energie nucleară (atomică).
