Contatore visite
contatore visite
Statistiche
Abbiamo 68 membri registrati
L'ultimo utente registrato è ironxm

I nostri membri hanno inviato un totale di 487 messaggi in 233 argomenti
Cerca
 
 

Risultati secondo:
 


Rechercher Ricerca avanzata

Ultimi argomenti
» Il mistero di Polybius
Lun Lug 16, 2012 1:29 pm Da Hapgood

» Alcune nozioni di chimica.
Sab Ott 29, 2011 12:22 pm Da Ken-Scienza

» Perché lo skateboard rimane attaccato quando si salta?
Mer Set 21, 2011 12:59 pm Da Ken-Scienza

» Il rimbalzo del suono.
Ven Ago 12, 2011 1:04 am Da Ken-Scienza

» L'effetto Doppler
Ven Ago 12, 2011 12:33 am Da Ken-Scienza

» Cosa sono le costellazioni?
Dom Lug 24, 2011 3:51 pm Da Ken-Scienza

» Cosa piangiamo?
Sab Lug 23, 2011 4:09 pm Da Ken-Scienza

» Cos'è un fluido non newtoniano?
Ven Lug 22, 2011 12:09 am Da Ken-Scienza

» Tecnotorri: i grattaceli del futuro
Gio Lug 07, 2011 1:27 pm Da Ken-Scienza

Mi Piace ScienzaOnline
Bookmarking sociale

Bookmarking sociale digg  Bookmarking sociale delicious  Bookmarking sociale reddit  Bookmarking sociale stumbleupon  Bookmarking sociale slashdot  Bookmarking sociale yahoo  Bookmarking sociale google  Bookmarking sociale blogmarks  Bookmarking sociale live      



Conserva e condividi l'indirizzo di sul tuo sito sociale bookmarking

Mi piace

E = mc² cos'è questa formula?

Vedere l'argomento precedente Vedere l'argomento seguente Andare in basso

E = mc² cos'è questa formula?

Messaggio Da Ken-Scienza il Ven Ago 14, 2009 1:50 am

E = mc2 è un'equazione fisica che stabilisce una relazione tra l'energia ('E') e la massa ('m') di un sistema fisico.

Significato della formula

Questa formula suggerisce che quando un corpo è a riposo ha ancora dell'energia sotto forma di massa, al contrario di quanto proposto dal sistema Newtoniano secondo il quale un corpo libero fermo non ha energia. Per questa ragione la quantità mc2 è a volte chiamata energia a riposo del corpo. La E della formula può essere vista come l'energia totale del corpo, che è proporzionale alla sua massa solo se il corpo è a riposo.

Da un altro punto di vista, una nuvola di fotoni che viaggia all'interno di uno spazio vuoto, con ogni fotone privo di massa a riposo, ha comunque una massa propria, dovuta alla sua energia cinetica.

La formula E = mc², propria della teoria della relatività ristretta, è sicuramente una delle formule fisiche più famose grazie alla sua semplicità. In sostanza, la formula prende in considerazione:

* E = Energia, espressa in joule (= N·m = W·s = kg· m²/s²);
* m = Massa, espressa in chilogrammi (kg);
* c = Velocità della luce, espressa in m/s (299.792,458 km/s, generalmente approssimata a 300.000,000 km/s). Pertanto c² = 9 x 1016 m²/s².

Diventa quindi facile capire come massa ed energia si equivalgano e come esse siano due facce della stessa medaglia. In sostanza la massa, che è energia estremamente concentrata, scompare quando compare energia e viceversa. In particolare se un corpo assorbe una quantità di energia E la sua massa non si conserva ma aumenta della quantità E/c²; viceversa la massa del corpo diminuisce se perde energia, per esempio emettendo luce.

L'enorme fattore di conversione (c² = 90.000.000.000.000.000) che lega la massa e l'energia spiega come concentrando un grosso quantitativo di energia (= mc²) si possa creare una piccola quantità di materia (massa), e anche come partendo da una piccolissima massa (= E/c²) si possa ottenere un grandissimo quantitativo di energia.

La teoria della relatività ci fornisce, quindi, un’altra sorpresa: poiché la massa non è altro che una forma di energia, essa non si conserva separatamente, ma si aggiunge all’energia cinetica e all’energia potenziale nell’enunciare la conservazione dell’energia meccanica.

Un esempio dell'enorme quantità di energia contenuta nella materia si ha nel decollo dello Space Shuttle: di tutto il propellente usato solo un grammo diventa energia, mentre tutto il resto si converte in fumo e prodotti della combustione. Utilizzando l'energia nucleare la resa aumenta, ma in una comune bomba atomica, ad esempio, viene convertito in energia solo lo 0,5% della massa totale del materiale fissile.

Se fosse possibile convertire per intero la massa in energia, i problemi energetici che oggi fanno tanto discutere sarebbero senza alcun dubbio risolti. Basti pensare che un solo grammo di materia equivale a 90.000 miliardi di Joule (9 x 1013 J = 90.000.000 MJ = 90.000 GJ = 90 TJ). Poiché 1 kWh = 3,6 x 106 Joule = 3.600.000 Joule, un grammo di materia equivale a 25.000.000 kWh (= 25.000 MWh = 25 GWh).

La conversione di un chilogrammo di materia (equivalente a 90.000 TJ, ossia a 25 miliardi di kWh = 25.000.000 MWh = 25.000 GWh = 25 TWh) coprirebbe, in pratica, il consumo mensile di energia elettrica in Italia, che nel 2004 è stato in media di 25.374 GWh (nell'intero anno 2004 è stato di 304.490 GWh). L'equivalenza massa – energia ha dimostrato la sua straordinaria potenza, anche con le bombe atomiche. La bomba di Hiroshima era di 13 kilotoni, che equivalgono a 54,6 TJ (13 x 4,2 x 10¹² J); ma questa energia rappresenta soltanto il 60% di quella che sarebbe sprigionata dalla conversione di un solo grammo di materia (90 TJ).

Il fenomeno della completa e immediata conversione della materia in energia potrebbe verificarsi soltanto nel caso in cui la materia entrasse in contatto con l’antimateria. Fortunatamente l’antimateria non è presente vicino alla terra in natura (es. l'anti-idrogeno), altrimenti tutto quello che ne entrerebbe in contatto verrebbe annichilito. La conversione della materia in energia, salvo questo caso, non è mai immediata, mentre è in molti casi completa: in una centrale nucleare la quantità di uranio rilevabile dopo la reazione a catena è esattamente pari all'energia prodotta. Successivamente, intervengono dispersioni in calore ed entropia, ma la reazione a catena è una trasformazione a rendimento unitario.

Da sottolineare che l’equazione di Einstein è valida ed è stata verificata sia nei fenomeni fisici macroscopici, come ad esempio nel caso dell'energia solare, sia a livello subatomico (fisica quantistica) nelle collisioni tra particelle elementari (elettroni, protoni e neutroni) che generano nuove particelle aventi complessivamente la stessa energia (massa), nonché negli urti tra fotoni da cui scaturiscono coppie elettrone-positrone, che, in tempi infinitesimali, si annichiliscono tra loro trasformandosi nuovamente in fotoni (energia).

L’energia solare, ossia quando la materia diventa energia

Nel Sole, che ha una temperatura interna di 15 milioni di kelvin, mediante le reazioni di fusione termonucleare (fusione protone-protone dei nuclei di idrogeno), ogni secondo 600 000 000 di tonnellate di idrogeno si trasformano in 595 500 000 tonnellate di elio. Quindi, dopo questa trasformazione, mancano all’appello 4 500 000 tonnellate di idrogeno (pari allo 0,75%) che sembrano svanite nel nulla; in realtà questa massa mancante si è trasformata direttamente in energia, ossia in radiazione elettromagnetica, secondo l'equazione di Albert Einstein E=mc².

Inserendo questo valore della massa nell’equazione di Einstein (dove l’energia è espressa in joule = Ws, la massa in kg e 'c' in m/s), si calcola che ad esso corrisponde una potenza pari a: W = 4 500 000 000 x (9 x 1016) = 405 x 1024 watt, ossia a 405 000 miliardi di terawatt (TW), una quantità impensabile a livello terrestre. Tutta la straordinaria potenza della nostra stella è dovuta alla conversione in energia di questa infinitesima, per il Sole, quantità di massa, paragonabile approssimativamente alla massa di un piccolo gruppo di montagne sulla terra.

Per capire l’enormità di questa energia, che espressa in wattora equivale a 112 500 000 000 TWh, il solo dato che può fungere da termine di paragone è la produzione mondiale di energia elettrica, che nel 2005 è stata di 17 907 TWh (equivalenti a 716,28 kg di materia). Detto in altri termini, per eguagliare l’energia prodotta dal Sole in un solo secondo, tutti gli impianti di produzione di energia elettrica del nostro pianeta dovrebbero funzionare a pieno regime per i prossimi 6 282 459 anni.

È importante ricordare che anche il processo di fusione nucleare, come tutti i processi fisici di trasformazione, avviene nell'assoluto rispetto della legge di conservazione della massa, scoperta da Lavoisier, e della legge di conservazione dell'energia (primo principio della termodinamica), alla cui scoperta hanno contribuito nella seconda metà del 1800 diversi scienziati (Joule, Carnot, Thomson, Clausius e Faraday): nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma. Einstein, però, ha compreso e dimostrato che il principio di conservazione, complessivamente considerato, coinvolge la materia-energia considerate non più come due realtà separate bensì unitariamente, dato che l'una può trasformarsi nell'altra secondo una esattissima relazione matematica. Ciò che resta sempre costante sul nostro piccolo pianeta e nell'Universo è la somma di massa ed energia.

Implicazioni

Nel contesto della teoria della Relatività ristretta, la forte implicazione è che energia e massa sono equivalenti e che, al giorno d'oggi, la massa è considerata una forma di energia. In termini pratici invece, condusse alla bomba atomica e ad altre applicazioni. È una delle equazioni più popolari e meglio conosciute di tutti i tempi. Anche quelli che non ne conoscono esplicitamente il significato hanno un'idea di ciò che vuol dire, per cultura generale del pianeta.
avatar
Ken-Scienza
Scienziato
Scienziato

Numero di messaggi : 356
Punti : 37046
Reputazione : 20
Data d'iscrizione : 11.08.09

Vedi il profilo dell'utente http://scienzaonline.forumativo.com

Tornare in alto Andare in basso

Vedere l'argomento precedente Vedere l'argomento seguente Tornare in alto

- Argomenti simili

 
Permessi di questa sezione del forum:
Non puoi rispondere agli argomenti in questo forum