Эквивалентность массы и энергии

Энергия покоя

Для 1 kg E₀≈8,99×10¹⁶ J. Это не означает, что обычный предмет может в любой реакции превратить всю свою массу в доступную энергию.

Релятивистская полная энергия включает энергия покоя и кинетический вклад.

Q-значение реакции

Если начальная общая масса покоя m_i, а финальный m_f, то Q≈(m_i−m_f)c².

При Q>0 разность появляется как кинетическая энергия, фотоны или иные формы энергии. При Q<0 требуется энергозатраты.

Атомная единица массы

В ядерная физика удобно 1 u·c²≈931,5 MeV. Массовый дефект 0,001 u соответствует примерно 0,9315 MeV.

Атомный и ядерные массы нужно применять последовательно, чтобы массы электронов правильно сокращались.

Энергия связи

Связанное ядро имеет меньшую массу, чем сумма масс свободных нуклоны. Разность — это энергия связи/c².

Масса не «исчезает»: энергия, ушедшая при образовании связанное состояние, уносит соответствующую масса-энергия.

Деление и слияние

Кривая энергия связи на нуклон объясняет, почему слияние лёгких ядра и деление очень тяжёлых ядра могут выделять энергию.

Продукты имеют меньшую общая масса покоя, при этом полная энергия и импульс сохраняются.

Релятивистское сохранение

Фундаментальный закон — сохранение полной энергии-импульса. В ядерные процессы нельзя отдельно навязывать классический закон «сохранения массы».

Даже нагрев тела теоретически увеличивает его массу на ΔE/c², хотя в бытовых масштабах эффект чрезвычайно мал.

Граница системы

Δm имеет смысл только между чётко заданными начальный и конечные состояния системы. Фотон или кинетическая энергия, покидающие систему, уносят соответствующую масса-энергия.

В химические реакции изменение массы реально, но чрезвычайно мало; в ядерные реакции делают эффект непосредственно измеримым.

Разобранный пример