Massa-energie-equivalentie
Massa-energie-equivalentie betekent dat rustmassa deel uitmaakt van de energiebalans van een systeem. Voor een systeem in rust geldt E₀ = mc². In kernfysica kunnen uiterst kleine verschillen tussen de totale rustmassa vóór en na een proces overeenkomen met direct meetbare energieën.
Rustenergie en totale relativistische energie
E = mc² is de relatie voor rustenergie. Voor een bewegend deeltje geldt E² = (pc)² + (mc²)². In kernreacties worden totale energie en impuls samen behouden; rustmassa hoeft niet afzonderlijk behouden te blijven.
De Q-waarde beschrijft de energiebalans
Q = (mbegin − meind)c²
1 u·c² ≈ 931,5 MeV
Q = (mbegin − meind)c². Met atomaire massa-eenheden geldt 1 u·c² ≈ 931,5 MeV. Q > 0 betekent energieafgifte; Q < 0 betekent dat energie moet worden toegevoerd. Bij projectielreacties kan impulsbehoud de werkelijke drempel boven |Q| leggen.
Massadefectomzetter
Waarom c² kleine massaverschillen belangrijk maakt
Het kwadraat van de lichtsnelheid is in SI-eenheden een enorme omzetfactor. Daardoor kan een massaverschil dat veel te klein is voor een gewone weging toch overeenkomen met MeV-schaal kernenergie. Ook chemische binding verandert de massa, maar relatief veel minder.
Fusie en splijting volgen dezelfde boekhouding
Zowel fusie als splijting kan energie vrijmaken wanneer de producten sterker gebonden zijn en minder totale rustmassa hebben dan het beginsysteem. De “ontbrekende massa” is energie in beweging, straling of excitatie. Ook verwarmen van een gesloten voorwerp, samendrukken van een veer of aanslaan van een atoom verandert de totale massa met ΔE/c².
Uitgewerkte voorbeelden
1. Een massadefect omrekenen
Oplossing
Voor Δm = 0,0020 u is Q ≈ 0,0020 × 931,5 = 1,86 MeV.
2. Energie uit een SI-massa
Oplossing
Voor Δm = 1,0 × 10⁻¹² kg is ΔE = Δmc² ≈ 9,0 × 10⁴ J.
3. Het teken van Q lezen
Oplossing
Als de producten 0,005 u meer rustmassa hebben dan de reactanten, is Q ≈ −4,66 MeV; er moet dus energie worden toegevoerd.