Ισοδυναμία μάζας–ενέργειας

Ενέργεια ξεκούρασης

Για m=1 kg, E₀≈8,99×10¹⁶ J. Αυτό δεν σημαίνει ότι ένα συνηθισμένο αντικείμενο μπορεί να μετατρέψει όλη τη μάζα του σε χρήσιμη ενέργεια με οποιαδήποτε διαδικασία.

Το E₀ είναι μέρος της συνολικής σχετικιστική ενέργεια. Για κινούμενο σωματίδιο η συνολική ενέργεια περιλαμβάνει και κινητική συμβολή.

Ενέργεια αντίδρασης

Σε αντίδραση με αρχική συνολική μάζα ανάπαυσης m_i και τελική m_f, η απελευθέρωση ενέργειας Q≈(m_i−m_f)c² όταν συγκρίνουμε τα κατάλληλα μάζες ανάπαυσης.

Αν Q>0, η τελική μάζα ανάπαυσης είναι μικρότερη και η διαφορά εμφανίζεται ως κινητική ενέργεια, φωτόνια ή άλλη ενέργειας. Αν Q<0, απαιτείται εισαγόμενη ενέργεια.

Μονάδα ατομικής μάζας

Η μετατροπής 1 u·c²≈931,5 MeV είναι εξαιρετικά χρήσιμη στη πυρηνική φυσική. Ένα μαζικό ελάττωμα 0,001 u αντιστοιχεί περίπου σε 0,9315 MeV.

Πρέπει να χρησιμοποιούνται συνεπώς πυρηνική ή ατομικές μάζες ώστε τα μάζες ηλεκτρονίων να ακυρώνονται σωστά στις εξισώσεις αντίδρασης.

Δεσμική ενέργεια

Δεσμευμένος πυρήνας έχει μικρότερη μάζα ανάπαυσης από τα ελεύθερα νουκλεόνια που το αποτελούν. Η λείπει μάζα είναι ακριβώς η δεσμευτική ενέργεια/c², όχι μάζα που 'εξαφανίστηκε'.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τον σχηματισμό του δεσμευμένη κατάσταση μεταφέρει αντίστοιχη μάζα-ενέργεια έξω από το σύστημα.

Σχάση και σύντηξη

Η καμπύλη ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο εξηγεί γιατί ελαφρά πυρήνες μπορούν να απελευθερώνει ενέργεια με σύντηξη και πολύ βαριά πυρήνες με σχάση.

Και στις δύο περιπτώσεις τα προϊόντα βρίσκονται σε διαμόρφωσης με χαμηλότερη συνολική μάζα ανάπαυσης, ενώ ενέργειας και ορμή διατηρούνται.

Σχετικιστική διατήρηση

Η σωστή θεμελιώδης αρχή είναι διατήρηση της συνολικής ενέργειας-ορμής. Δεν 'διατηρούμε μάζα ξεχωριστά' με τον κλασικό χημικό τρόπο σε πυρηνική ή διεργασίες σωματιδίων.

Σε κλειστό σύστημα η συνολική αμετάβλητη μάζα εξαρτάται και από εσωτερική ενέργεια. Θέρμανση ενός αντικειμένου αυξάνει θεωρητικά τη μάζα του κατά ΔE/c², αν και το αποτέλεσμα είναι απειροελάχιστο.

Όριο συστήματος και λογιστική ενέργειας

Το Δm έχει νόημα μόνο αφού οριστεί καθαρά το σύστημα και οι αρχικές/τελικές καταστάσεις. Αν φωτόνια ή κινητική ενέργεια εγκαταλείπουν το όριο συστήματος, μεταφέρουν και μάζα-ενέργεια.

Σε χημικές αντιδράσεις οι μαζικές αλλαγές είναι υπαρκτές αλλά εξαιρετικά μικρές. Στις πυρηνικές αντιδράσεις είναι αρκετά μεγάλες ώστε να μετρώνται άμεσα μέσω Q-τιμές.

Λυμένο παράδειγμα