用愛因斯坦的質能方程計算,500克的電能等於多少千瓦時的電能?

2021-01-07 量子探索

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

最近在網上看到了一個十分有趣的問題:「一斤電可以供全球用多久」?

首先,電是不能用斤這樣的單位來描述的,因為電作為能量是沒有質量的,我們只能用愛因斯坦的質能方程計算,能量和物質之間的等價關係。

那麼一公斤電等於多少度電呢?想要解答這個問題,需要用到愛因斯坦的狹義相對論中給出的「質能方程」E=mc^2,這個對人類世界觀產生了重大影響的公式。相信大家都聽說過這個公式,但是這個公式經常和「核彈爆炸」聯繫在一起,在核彈爆炸後,質量轉化為了大量的能量,從而產生超乎想像的破壞,其實核能只是質能方程的一種運用,這個等式在更多領域都可以被用到,也直接影響著我們的宇宙觀。

電能是人類目前使用的主要能源,也是第二次工業革命的主要能源動力,是目前地球上人類無法離開的根本能源,而電的本質是電荷移動或者靜止時產生的物理現象,早在數千年前,人類就已經發現了電的存在,不僅僅是天空中的雷電,還有一些魚類也會發電,其次公元前600年左右泰勒斯發現,用琥珀製造的棒子和在貓身上摩擦,可以暫時吸附羽毛等物質,這是人類對於靜電的最早記載,只不過當時泰勒斯認為,這種現象可能和磁力有關。

1752年6月,班傑明.富蘭克林做了一個聞名世界的「風箏實驗」,讓全世界再次矚目於電這個神奇的現象,最後19世紀早期,眾多科學家和發明家出現,特斯拉發現交流電讓全世界進入了一個新時代,在眾多科學家的努力下,電能不斷的改變著人類的生活。

電能是純粹的能量,並不存在質量,但是愛因斯坦指出,質量和能量之間存在確定的當量關係,如果物體的能量為m,那麼這個物體代表的能量E=mc^2,其中E表示能量,M表示質量,而C代表唯一的常量光速。這個方程主要用來解釋核反應中能量的損耗,以及粒子的能量。

這個公式的出現,告訴我們質量和能量之間並不是毫無關係的,甚至在某種情況下,可以相互轉換。簡單了解後,我們就可以用這個公式來計算出,一斤電等於多少度電,又夠人類使用多久。

一斤電=0.5千克,為了方便計算,我們取光速為整數3×10^8m/s,那麼一公斤的電等於

E=mc^2=0.5*(3*10^8)^2=4.49×10^16J一度電等於3.6*10^6J,那麼計算後可以得出500克的電等於124.72億度電,2018年全世界總計用電22.9萬億度,而一斤電對應的124.72億度電,大概只夠人類使用4~5個小時,如果計算的更加準確一點的話,一斤電夠全世界人類使用4.8個小時左右。

雖然沒有我們想像的多,但是足夠全世界人類使用4~5個小時,已經十分驚人了,能量和質量之間的轉化效率十分驚人,從核反應中我們就可以看出來,當物質以某種方式變成能量時,往往釋放出的能量是十分可怕的。

對於人類來說,這樣的現象剛好可以幫助我們取得更多的能源,在未來如果人類實現可控核聚變後,幾乎就等於有了取之不盡的能源,當然,我們還是會把這些能量轉化為電能,因為電能作為能源有很多的優點,雖然高壓電仍然是很危險的,但是對比其他能源來說,電能十分高效且清潔,基本不會造成太大的汙染和破壞。

其次,在未來人類不僅僅可以利用核聚變提供能源,「反物質」也可能在未來給人類提供能源,並且作為宇宙飛船的燃料,幫助我們遨遊太空,當正反物質相遇時,兩者會相互抵消,並且釋放出巨大的能量。

一克反物質完全泯滅後,可以釋放出42857.143噸TNT炸藥爆炸釋放出的能量,相當於三顆廣島原子彈釋放的能量,也就是說一克反物質釋放出的能量就相當於三顆核彈,如果920斤(460000克)的反物質完全泯滅釋放出的能量,等於人類2018年全世界的用電總和。

由此可見,在未來反物質可能會成為人類文明前進的全新曙光。

相關焦點

  • 「一公斤」電能是什麼?相當於多少度電,可供人類使用多久?
    文/玉濁清「一公斤」電能是什麼?相當於多少度電,可供人類使用多久?電能在日常生活中是必不可少的一種能源,在發展如此迅速的社會當中也同樣擁有著不可一世的作用,而且隨著人口的不斷增加,用電量也越來越高,原有的電能都無法滿足人口的用量,所以人類就不得不想辦法,尋找各種方式來發電,比如說利用天然環境當中的水能以及風能,從而達到發電量充足的作用。
  • 1千瓦時等於多少度電!
    瓦是功率單位,P等於U乖以I。我們家用電器的銘牌上額定功率就是瓦為單位。如電飯鍋額定功率900瓦。電能W等於p乖以t。一度電等於1000瓦乖以1小時。一個電燈泡為50瓦,用了20小時,那麼它就用了1度電。1.瓦是功率的單位,功率是指物體在單位時間內所做的功的多少,用P表示;2.千瓦時是功的單位(也可用度表示,1千瓦時等於1度),用W表示。
  • 1千瓦時等於多少度電
    瓦是功率單位,P等於U乖以I。我們家用電器的銘牌上額定功率就是瓦為單位。如電飯鍋額定功率900瓦。電能W等於p乖以t。一度電等於1000瓦乖以1小時。一個電燈泡為50瓦,用了20小時,那麼它就用了1度電。1.瓦是功率的單位,功率是指物體在單位時間內所做的功的多少,用P表示;2.千瓦時是功的單位(也可用度表示,1千瓦時等於1度),用W表示。
  • 網友問:根據質能方程,能量可以用千克來計量嗎?
    一般情況下能量不能稱斤按兩來計量,但是我們可以藉助相對論的質能方程,把能量等價轉化為質量。質能方程愛因斯坦提出著名的質能方程,該方程描述質量和能量是統一的,或者說質量是能量的表象之一,利用質能方程,無論能量以什麼形式存在,都將對應一個質量,對於1斤(500克)的質量,按照質量方程計算出來的能量為:E=mc^2=0.5*(3*10^8)^2≈4.5*10^16J相當於125億度的電能,目前全世界每年的總耗電量約為25萬億度,那麼125
  • 電能和電功專題解析,課後複習
    電功的常用單位是度,即千瓦時(kW·h)。1kW·h=3.6×106J。電流做功的過程,實際上就是電能轉化為其他形式能的過程。錶盤上的數字表示已經消耗的電能,單位是千瓦時,計數器的最後一位是小數,即1234.5 kW·h。用電能表月底的讀數減去月初的讀數,就表示這個月所消耗的電能。
  • 一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?
    其實這個問題的核心是,電能能不能用「斤」來描述。那我們先直接給出答案:可以。那為什麼可以呢?質能等價其實這個問題要從物理學的一位超神級的人物說起,他是20世紀最偉大的物理學家,他就是愛因斯坦。在愛因斯坦之前,物理學面臨著前所未有的挑戰,這個挑戰來自於光速。
  • 世界最高電壓等級特高壓直流投運1年輸送電能逾500億千瓦時
    劉文龍 攝中新網烏魯木齊9月18日電(胡培根 何玉成 焦攀)新疆準東—安徽皖南±1100千伏特高壓直流輸電工程(以下簡稱準皖直流)自2019年9月建成投運,1年來累計外送電量突破500億千瓦時,在我國大範圍資源優化配置、節能減排中扮演的角色越來越重要。按照安徽省2019年城鄉居民用電量約396億千瓦時計算,輸送500億千瓦時電能,可以讓安徽省6300多萬人使用15個月。
  • 一度電能用多久?怎樣計算電器每小時耗電量?
    特別是空調上的銘牌,上面寫了多少功率,究竟以哪個為標準呢?       電能的單位,國際標準為「千瓦時」,但口語中一般稱為「度」。這個電能單位,實際上與溫度類似,都是人為規定的一個量。       電能也是人為做了一個類似規定,看電能的單位也能看出來——功率為1000瓦的電器,工作一小時,所消耗的電能,即為1度電。一度電能用多久?
  • 以相對論質能方程為您揭開神秘面紗
    為了便於電能在生產,輸送以及使用過程中的換算,在電能在工業以及生活上開始使用之初,就一直以「千瓦·時」作為電能量的標準,直至今日,我們仍以千瓦時作為電量大小的計量標準,例如2018年全球的發電總量達到255512.8億千瓦·時。
  • 愛因斯坦質能方程的三大意義,第三個創造了整個宇宙!
    下面,就來看一下愛因斯坦從狹義相對論中推導出的最著名方程——質能方程:E=mc^2這個方程由三部分組成,(1)E是能量,位於方程的一邊,表示系統的總能量;(2)m是質量,與能量存在聯繫;(3)c^2是光速的平方,使能量和質量等價的換算因子。
  • 根據愛因斯坦質能方程E=MC2的思考
    根據E=mc^2,可以算出,1克氫原子聚變後長生的能量就相當於燃燒2.7*10^6千克煤所放出的能量。或許這裡你會問,質量虧損不滿足質量守恆。但是質量守恆說成質能守恆更好些。根據愛因斯坦狹義相對論,物體的實際質量=靜質量+動能對應的質量。
  • 500克電是多少,夠全世界用多久,可以稱得出來嗎?
    一斤重的電能供全世界用多少年呢? 這個問題看起來有些無釐頭,因為按照常識,電是無法論斤兩來計量的。但更深奧一點的科學往往不能用人們的生活常識來度量,比如質能方程,就是當今最熱火的科學家愛因斯坦一大發現,他這個驚世駭俗的發現,就讓電可以用秤來稱了。
  • 沒有愛因斯坦的質能方程,就造不出原子彈嗎?
    為了滿足狹義相對論的兩條原理(相對性原理和光速不變原理),可以推算出所增加的質量乘以光速的平方正好等於物體的動能,即ΔE=Δm*c^2.進而把結論推廣為E=m*c^2.通過質能方程可以計算正物質與反物質的湮滅能量,比如一個正電子質量m,反電子質量必然也為m,正反電子相遇後湮滅,產生的能量為2m*c^2,即2m的質量全部轉化為了能量。
  • 一度電等於多少kwh 一度電是多少kwh
    我們通常去電力局交電費時都會被告知用了多少度電,但電器上面寫的耗電量,一般都是千瓦時,那你知道一度電等於多少kwh嗎?今天就讓我們一起來了解一下吧!一度電等於一千瓦時。電功在電學中往往也是電能的表現,那麼千瓦時通常也就會是電能的單位。電功在公式中用大寫W表示。1776年製造出第一臺有實用價值的蒸汽機。以後又經過一系列重大改進,使之成為「萬能的原動機」,在工業上得到廣泛應用。他開闢了人類利用能源新時代,使人類進入「蒸汽時代」。後人為了紀念這位偉大的發明家,把功率的單位定為瓦特(簡稱「瓦」,符號W)。
  • 電能轉換效率類相關計算題類型與精選解析
    (1)光伏發電系統發電時,______能轉化為______能. (2)一天的有效光照時間按8h計算,該光伏發電系統一天共發電多少千瓦時? (3)該光伏發電系統一天的發電量,如果由熱電轉換效率為30%的熱電廠來完成,需要燃燒多少千克煤?
  • 怎樣計算電的用電量(千瓦時),公式是什麼?
    一度電=1千瓦/時就是說,你用一個一千瓦的電器,用一個小時,這就是一度電。2千瓦的電器,用30分鐘就是一度電。是以千瓦時為單位的。
  • 我們能不能批判愛因斯坦的質能方程E=mc²?
    那麼,在愛因斯坦的質能方程中,能量肯定也正比於正比於質量以及速度的平方,所以這裡的速度無論是不是光速,至少速度一定是平方項,而不能是你說的一次方或者三次方,這個是最簡單也是最重要的物理分析——量綱分析。一個人能不能學好物理,需要看兩點。
  • 500克等於多少斤呢?1千克等於多少斤?
    FX168財經網>about>正文 500克等於多少斤呢
  • 基於互感器的電能表實用倍率的計算
    打開APP 基於互感器的電能表實用倍率的計算 發表於 2017-11-13 16:35:13 使用電能表時要注意,在低電壓(不超過500伏)和小電流(幾十安)的情況下,電能表可直接接入電路進行測量。在高電壓或大電流的情況下,電能表不能直接接入線路,需配合電壓互感器或電流互感器使用。   互感器又稱為儀用變壓器,是電流互感器和電壓互感器的統稱。能將高電壓變成低電壓、大電流變成小電流,用於量測或保護系統。
  • 物理學史上最著名的方程——質能方程
    什麼是質能方程?1905年,愛因斯坦在深入研究物體慣性和它自身能量的關係之後,提出了物理學史上最著名的方程——質能方程,即E=mc2。這個方程式出名到什麼程度呢?質能方程表述為物質的能量(E)等於物質的質量(m)和光速平方(c2)的乘積。E=mc2也許是你見過的最簡單的公式之一,但是它的意義卻大到可以用「開創性」來形容。