Art der gespeicherten Energie in einem Atom

Der grĂ¶ĂŸte Teil der in einem Atom gespeicherten Energie befindet sich in seinem Kern.

Albert Einstein sagte in seiner Speziellen RelativitĂ€tstheorie, dass Masse und Energie Ă€quivalent sind und ineinander umgewandelt werden können. Hier kommt der Ausdruck E = mc ^ 2 her, in dem E fĂŒr Energie, m fĂŒr Masse und c fĂŒr Lichtgeschwindigkeit steht. Dies ist die Grundlage fĂŒr die Kernenergie, in der die Masse innerhalb eines Atoms in Energie umgewandelt werden kann. Energie wird auch außerhalb des Kerns gefunden, indem subatomare Teilchen durch die elektromagnetische Kraft zusammengehalten werden.

Elektronenenergieniveaus

Energie kann in den Elektronenorbitalen eines Atoms gefunden werden, das von der elektromagnetischen Kraft festgehalten wird. Negativ geladene Elektronen umkreisen einen positiv geladenen Kern, und abhĂ€ngig davon, wie viel Energie sie besitzen, befinden sie sich auf verschiedenen Orbitalebenen. Wenn einige Atome Energie absorbieren, werden ihre Elektronen als "erregt" bezeichnet und springen auf ein höheres Niveau. Wenn die Elektronen in ihren anfĂ€nglichen Energiezustand zurĂŒckfallen, werden sie Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung emittieren, meistens als sichtbares Licht oder WĂ€rme. Wenn Elektronen wĂ€hrend der kovalenten Bindung mit denen eines anderen Atoms geteilt werden, wird Energie in den Bindungen gespeichert. Wenn diese Bindungen gebrochen sind, wird Energie freigesetzt, meist in Form von WĂ€rme.

Kernenergie

Die meiste Energie, die in einem Atom gefunden werden kann, ist in Form der Kernmasse. Der Kern eines Atoms enthĂ€lt Protonen und Neutronen, die durch die starke Kernkraft zusammengehalten werden. Wenn diese Kraft gestört wĂŒrde, wĂŒrde der Kern zerreißen und einen Teil seiner Masse als Energie freisetzen. Dies wird als Spaltung bezeichnet. Ein anderer Prozess, bekannt als Fusion, findet statt, wenn zwei Kerne zusammenkommen, um einen stabileren Kern zu bilden, der dabei Energie freisetzt.

Einsteins RelativitÀtstheorie

Wie viel Energie wird im Kern eines Atoms gespeichert? Die Antwort ist ziemlich viel, verglichen damit, wie klein das Teilchen tatsĂ€chlich ist. Einsteins Spezielle RelativitĂ€tstheorie enthĂ€lt die Gleichung E = mc ^ 2, was bedeutet, dass die Energie in Materie ihrer Masse entspricht, multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit. Konkret ist die Masse eines Protons 1,672 x 10 ^ -27 Kilogramm, aber es enthĂ€lt 1.505 x 10 ^ -10 Joule. Dies ist immer noch eine kleine Zahl, aber wenn es in der realen Welt ausgedrĂŒckt wird, wird es riesig. Die geringe Menge an Wasserstoff in einem Liter Wasser betrĂ€gt beispielsweise etwa 0,111 Kilogramm. Dies entspricht 1 x 10 ^ 16 Joule oder der Energie, die beim Verbrennen einer Million Gallonen Benzin entsteht.

Kernenergie

Da die Umwandlung von Masse in Energie eine derart große Menge an Energie aus relativ kleinen Massen liefert, ist dies eine verlockende Brennstoffquelle. Es kann jedoch eine Herausforderung sein, die Reaktion unter sicheren und kontrollierten Bedingungen stattfinden zu lassen. Die meiste Kernkraft stammt aus der Spaltung von Uran in kleinere Teilchen. Dies verursacht keine Verschmutzung, aber es produziert gefĂ€hrlichen radioaktiven Abfall. Dennoch macht die Kernenergie etwas weniger als 20 Prozent des Strombedarfs der USA aus.

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