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质能关系 编辑
质能关系即为质量与能量之间的当量关系。在经典物理学中,质量和能量是两个完全不同的概念,它们之间没有确定的当量关系,一定质量的物体可以具有不同的能量;能量概念也比较局限,力学中有动能、势能等。在狭义相对论中,能量概念有了推广,质量和能量有确定的当量关系,物体的质量为m,则相应的能量为 E=mc²。
中文名:质能关系
外文名:mass-energy relation
表达式:E=mc²
提出者:爱因斯坦
应用学科:物理
质能关系的发现的重大意义在于人们用这一关系解释质量亏损时,发现了原子核内蕴藏着巨大的能量(结合能),从而看到了利用原子核能的可能性和重要性。
①一个质量为m的物体,必定联系着mc²的能量. 一个能量为E的物体,必定联系着E/c²的质量。物体所蕴藏的不论哪一种形式的能量增加了,其质量也必定增加。由于任何物体具有的质量和能量之间只差一个普适常数——真空中光速的平方(即m与E之间存在着严格的正比关系),所以物体的质量和它所蕴藏的能量可以互相量度。据此,在核物理及粒子物理学中,常把质量的单位和能量的单位取得相同。这样,光子的静质量为零,电子的静质量为(0.511 003 4±0.000 0014)兆电子伏,质子的质量为(938.279 6±0.002 7)兆电子伏。实验发现最重的粒子质量约为95600兆电子伏。
②一个物体的总质量m发生了△m的变化,则必伴随着有能量的变化△E,根据质能关系式E=mc²,再根据光速不变原理,可以得刮关式式△E=△m,此式称为质能亏损关系式,即能量的改变和质量的改变成正比,它是质能关系的又一种表述。
③在速度不太大时(v《c),便得到经典公式Ek=1/2mov²
根据爱因斯坦质能关系式△E=△mc²,得△E=0.005 227×1.660 32×10×(3×10)焦=4.868兆电子伏。实际测得镭衰变时放出的α粒子的动能也恰为4.868兆电子伏。由于任何静止的物体的一定质量都包含着与其相应的静止能量,镭衰变过程就是把它亏损的这部分静止质量所联系的能量以α粒子动能的形式释放出来。值得注意的是,质能关系仅仅表明质量和能量之间具有一定的数量关系,而绝不能说质量就是能量,或能量就是质量,也绝不能认为质量可以变为能量或能量可以变为质量。事实上,在任何过程中,质量和能量都各自守恒。质量和能量都是物质运动的基本属性,是不可分割的。
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