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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?

2024-07-09科学

导语

夏普特教授从能量守恒出发,指出核反应之所以释放能量并损失质量,说明能量转换为质量,核反应所释放的能量来自质量的转换,这也是物理界的著名公式:E=mc^2。

假如完全懂了这个著名公式,那么我们将会如此强大。

那么能量又是如何转换为质量?

核反应能量来源。

夏普特教授曾说过:假如世界上没有能量转换为质量的反应,那么世界上将不会有任何物质存在。

这句话既然如此伟大,那么我们就知道没有能量转换为质量这一反应的作用,那么地球上将会发生什么情况。

并且也不会有宇宙万物这种存在。

这句话就会引发我们的思考:那么能量又是如何转换为质量的呢?

那么这句话究竟是什么意思?

如果我们想弄懂这句话,那么我们先要了解这些知识。

首先从能量转换为质量的反应说起,夏普特教授就会告诉我们,核反应是由质量之间的转化造成的:例如在光核反应之后,核的质量会损失一部分,并且核还释放出了一定的能量。

太阳便是依靠这种反应来释放能量的,并且保持一直都存在的。

核能反应就是通过核子间的相互作用,来实现核能量的转换,并且被广泛地应用到核武器和核电站。

核能就是夏普特教授所说的能量转换为质量,能量本身也和取之于这个质量的「血」,就是被能量转化的质量。

最常见的方式就是:粒子和反粒子在撞击时,电子也就是正负电荷的粒子,而正电子就是反粒子,当电子和正电子发生碰撞时,根据能量守恒定律,反粒子碰撞后就会被摧毁,并且能量将会释放出来,所以被能量所转化的质量就是反粒子的质量。

在实验室需求中,这种质量转换能量的反应将会被用来制备粒子和反粒子,并且让人类了解核子以及更微观的粒子的信息。

普通质子和中子就是核子中最为基本的组成,中子和质子的组合就能够生成更为复杂的核子,而这种反应就是核能反应,包括质子反应和中子反应这两种核能反应并且还有多种反应。

并且这种反应也将会释放出一定的能量,并且还会有粒子被射出,核裂变就是通过高能的粒子,对离子进行核打击,从而使得核子发生变异,并且清楚的知道究竟是什么原子核被打破,原子核会把散裂出去的粒子称为「散裂核子」。

聚变又是指两个质子融合在一起,能够将原子核中的两个质子和中子粒子结合在一起。

然后通过核反应的过程,发现两个粒子融合在一起的时候,并不会产生能量,相反会吸收周围物质的能量,是不是就是说这种反应没有质量转换能量?

但是我们都知道融合在一起的时候,总体重量一定会变轻,所以这个过程就是有一定的质量被转化为了能量。

并且夏普特教授还给出了核能量和质量的转化的价值,质子反应和反质子反应后,核子的质量变化1kg所释放出来的能量是4.510^13焦耳,而在核 裂变反应中,质子反应和反质子反应后,核子的质量变化1kg所释放出来的能量是1.510^16焦耳。

质子和中子结合。

这其中也有一个比较有趣的事情就是:夏普特教授点燃了一个烟火,有一个负责「熄火」的烟火,也有一个负责「点火」的烟火,但是有一个事情就是这两个人只能以牺牲为代价,一个人帮助夏普特教授他就得牺牲1次,那么这样一来这两个人就会轮流的牺牲,因为「熄火」的烟火点不燃,也就无法「点火」了,那么这个神秘的事情又是什么呢?

这也是一个有趣的小故事,让我们了解夏普特教授所说的能量转换为质量,以及核能反应的例子。

这个故事还能够让人们留下印象的,他就是要让我们深刻理解核能反应。

当然核能反应还有一种能量还没有被发挥,这就是核聚变反应,这种反应发生在太阳内部,核聚变反应产生的能量很大,在太阳中能量被释放,就是夏普特教授所说的核聚变反应,这种反应能量巨大。

太阳就是依靠这种核聚变反应燃烧了4.5亿年,并且每天都把数以百亿亿吨的能量释放出来,还有的则被太阳吸收,这就是太阳为何能够照亮我们的原因。

夏普特教授为什么会说核能反应就是能量被转化为质量?

当一粒质子和一粒中子进行核反应的时候,这就会转换出一个氘核,一粒氘核的质量要比一粒质子和一粒中子的质量要轻一点,这两粒氘核在高速运动碰撞的时候,质子和中子的急速碰撞就会被转换为反应的能量。

那么这种能量转换为质量,这其中能量到底是如何转换为质量的呢?

质变化衡能量变化。

其实核能反应中质量的变化和核子也有关,当有一个核子从一个能态跃迁到另一个能态时,这就会调整电子的轨道,并且核子从高能态跃迁到低能态的时候,这就会释放出一定的能量,核子也会从一个能态跃迁到另一个能态,同样会释放能量,也会造成电子轨道的变化,其实同样也有电子和正电子相互碰撞能够释放出一定的能量,夏普特教授就是根据这些知识来总结出能量转换为质量。

这个过程就是能量转换为质量的过程,其实质变化和能态变化都是能量变化,所以质变化和能量变化是一样的,质量就相当于能量的存储,也可以说是能量的「血」,在核能反应中,这种「血」所存储的能量就是被质子和中子的组合的核子所存储的。

这种能量要比电子和原子的电子组合存储的能量更大,当这种「血」所存储的能量被释放时,就会发现能量会比一般的物质会存储的更多,那么向能量转化为质量的过程,就是「血」所释放出的能量,质量所改变,质子和中子组合也就被打破了,这就使得质子和中子的总质量要比原来小一些,所以就会有一些质量会被核能释放掉,这就是被转化为质子和中子的能量,等价于被核能释放出来。

结语

当质子和中子组合在一起时,普通原子核就会产生出来,当这种原子核碰撞在一起时,所释放出的能量就会被转换为质量,同样也会释放出比原子核更小的核子,也就是核能反应中所释放出的能量,我们所需要做的就是将这些能量当做资源来储存。