Bahasa MelayuMS⌄
Kesetaraan jisim–tenaga
Kesetaraan jisim–tenaga menyatakan bahawa jisim rehat ialah sebahagian daripada bajet tenaga sesuatu sistem. Bagi sistem yang pegun, E₀ = mc². Dalam fizik nuklear, perbezaan jisim rehat yang sangat kecil antara keadaan awal dan akhir boleh bersamaan dengan tenaga kinetik, foton atau pengujaan nuklear yang dapat diukur.
Tenaga rehat dan tenaga relativistik keseluruhan
Persamaan E = mc² ialah hubungan tenaga rehat. Bagi zarah yang bergerak, tenaga keseluruhan memenuhi E² = (pc)² + (mc²)². Oleh itu tindak balas nuklear memelihara tenaga dan momentum serentak; jumlah jisim rehat sahaja tidak perlu kekal sebagai kuantiti berasingan.
Sempadan sistem mesti dinyatakan dengan jelas. Haba, tenaga pengujaan dan tenaga medan yang tersimpan juga menyumbang kepada jisim sistem sebanyak ΔE/c². Dalam objek harian perubahan ini terlalu kecil untuk ditimbang, tetapi prinsipnya tetap sama.
Nilai Q dan imbangan tenaga
Nilai Q ditakrifkan sebagai Q = (m awal − m akhir)c². Q positif bermaksud tenaga boleh dibebaskan, manakala Q negatif memerlukan bekalan tenaga. Dengan unit jisim atom, 1 u·c² ≈ 931.5 MeV, jadi kecacatan jisim yang kecil boleh membawa tenaga nuklear yang besar.
Gunakan jenis jisim yang konsisten pada kedua-dua belah persamaan. Jika jisim atom neutral digunakan, elektron mesti diseimbangkan juga; jika jisim nukleus digunakan, gunakan semuanya sebagai jisim nukleus. Ambang tenaga bagi tindak balas peluru boleh melebihi |Q| kerana pemuliharaan momentum.
Penukar kecacatan jisim
Mengapa c² menjadikan beza jisim kecil penting
Faktor c² sangat besar dalam unit SI. Perubahan jisim 10⁻¹² kg bersamaan kira-kira 9×10⁴ J. Ikatan kimia juga mengubah jisim sistem, tetapi perubahan relatifnya jauh lebih kecil kerana skala tenaga kimia biasanya eV, bukan MeV seperti proses nuklear.
Istilah "jisim hilang" tidak bermaksud jirim lenyap tanpa akaun. Tenaga yang sepadan muncul sebagai gerakan produk, foton, tenaga neutrino atau pengujaan dalaman. Hanya bajet seluruh sistem memberikan gambaran yang lengkap.
Pelakuran, pembelahan dan jisim keseluruhan sistem
Pelakuran boleh membebaskan tenaga apabila produk lebih terikat dan mempunyai jumlah jisim rehat lebih rendah. Prinsip yang sama menerangkan pembelahan nukleus berat kepada produk yang lebih hampir kepada kawasan tenaga pengikatan tinggi per nukleon.
Objek tertutup yang dipanaskan pada asasnya mempunyai jisim sedikit lebih tinggi daripada objek sama selepas ia menyejuk dan memancarkan tenaga. E = mc² ialah peraturan umum untuk kandungan tenaga sistem, bukan hanya cerita tentang jirim "bertukar" menjadi tenaga.
Contoh berjawab
Menukar kecacatan jisim
Penyelesaian
Jika Δm = 0.0020 u, maka ΔE ≈ 1.86 MeV.
Beza jisim SI
Penyelesaian
Jika Δm = 1.0×10⁻¹² kg, maka ΔE ≈ 9.0×10⁴ J.
Tanda nilai Q
Penyelesaian
Jika produk lebih berat sebanyak 0.005 u, Q ≈ −4.66 MeV dan tenaga perlu dibekalkan.