Albert Einstein huenda anajulikana kwa kila mkazi wa sayari yetu. Inajulikana shukrani kwa formula maarufu ya uhusiano kati ya wingi na nishati. Walakini, hakupokea Tuzo la Nobel kwa hilo. Katika makala haya, tutazingatia kanuni mbili za Einstein ambazo ziligeuza mawazo ya kimwili kuhusu ulimwengu unaotuzunguka mwanzoni mwa karne ya 20.
Mwaka wa matunda wa Einstein
Mnamo 1905, Einstein alichapisha nakala kadhaa mara moja, ambazo zilishughulikia mada mbili: nadharia ya uhusiano aliyoanzisha na maelezo ya athari ya picha ya umeme. Nyenzo hizo zilichapishwa katika jarida la Ujerumani Annalen der Physik. Majina yenyewe ya makala haya mawili yalisababisha mshangao katika mzunguko wa wanasayansi wakati huo:
- "Je, hali ya hewa ya mwili inategemea nguvu iliyomo?";
- "Mtazamo wa kiheuristic kuhusu asili na mabadiliko ya mwanga".
Katika ya kwanza, mwanasayansi anataja fomula inayojulikana kwa sasa ya nadharia ya uhusiano ya Einstein, ambayo inachanganya.usawa sawa wa wingi na nishati. Nakala ya pili inatoa equation kwa athari ya picha ya umeme. Fomula zote mbili kwa sasa zinatumika kufanya kazi na vitu vyenye mionzi na kutoa nishati ya umeme kutoka kwa mawimbi ya sumakuumeme.
Mfumo fupi wa uhusiano maalum
Nadharia ya uhusiano iliyoanzishwa na Einstein inazingatia matukio wakati wingi wa vitu na kasi ya kusogea ni kubwa. Ndani yake, Einstein anasisitiza kwamba haiwezekani kusonga kwa kasi zaidi kuliko mwanga katika sura yoyote ya marejeleo, na kwamba kwa kasi ya karibu ya mwanga, sifa za mabadiliko ya muda wa nafasi, kwa mfano, wakati huanza kupungua.
Nadharia ya uhusiano ni ngumu kueleweka kutoka kwa mtazamo wa kimantiki, kwa sababu inapingana na mawazo ya kawaida kuhusu mwendo, ambayo sheria zake zilianzishwa na Newton katika karne ya 17. Hata hivyo, Einstein alikuja na fomula maridadi na rahisi kutoka kwa mahesabu changamano ya hisabati:
E=mc2.
Usemi huu unaitwa fomula ya Einstein ya nishati na misa. Hebu tujue maana yake.
Dhana za wingi, nishati na kasi ya mwanga
Ili kuelewa vyema fomula ya Albert Einstein, unapaswa kuelewa kwa kina maana ya kila alama iliyopo ndani yake.
Tuanze na misa. Mara nyingi unaweza kusikia kwamba kiasi hiki cha kimwili kinahusiana na kiasi cha vitu vilivyomo katika mwili. Hii si kweli kabisa. Ni sahihi zaidi kufafanua misa kama kipimo cha hali ya hewa. Mwili mkubwa, ni vigumu zaidi kuwapa fulanikasi. Misa hupimwa kwa kilo.
Suala la nishati pia si rahisi. Kwa hiyo, kuna aina mbalimbali za maonyesho yake: mwanga na joto, mvuke na umeme, kinetic na uwezo, vifungo vya kemikali. Aina hizi zote za nishati zinaunganishwa na mali moja muhimu - uwezo wao wa kufanya kazi. Kwa maneno mengine, nishati ni kiasi cha kimwili ambacho kina uwezo wa kusonga miili dhidi ya hatua ya nguvu nyingine za nje. Kipimo cha SI ni joule.
Kasi ya mwanga ni nini ni takriban wazi kwa kila mtu. Inaeleweka kama umbali ambao wimbi la sumakuumeme husafiri kwa kila kitengo cha wakati. Kwa utupu, thamani hii ni ya mara kwa mara; kwa njia nyingine yoyote ya kweli, inapungua. Kasi ya mwanga hupimwa kwa mita kwa sekunde.
Maana ya fomula ya Einstein
Ukiangalia kwa karibu fomula hii rahisi, unaweza kuona kwamba misa inahusiana na nishati kupitia kwa thabiti (mraba wa kasi ya mwanga). Einstein mwenyewe alielezea kuwa wingi na nishati ni maonyesho ya kitu kimoja. Katika hali hii, mabadiliko ya m hadi E na kurudi yanawezekana.
Kabla ya ujio wa nadharia ya Einstein, wanasayansi waliamini kwamba sheria za uhifadhi wa molekuli na nishati zipo tofauti na ni halali kwa michakato yoyote inayotokea katika mifumo iliyofungwa. Einstein alionyesha kuwa hii sivyo, na matukio haya yanaendelea si tofauti, lakini kwa pamoja.
Kipengele kingine cha fomula ya Einstein au sheria ya usawa wa uzito na nishati ni mgawo wa uwiano kati ya kiasi hiki,yaani c2. Ni takriban sawa na 1017 m2/s2. Thamani hii kubwa inaonyesha kwamba hata kiasi kidogo cha molekuli kina hifadhi kubwa ya nishati. Kwa mfano, ukifuata formula hii, basi zabibu moja tu kavu (zabibu) inaweza kukidhi mahitaji yote ya nishati ya Moscow kwa siku moja. Kwa upande mwingine, kipengele hiki kikubwa pia kinaeleza kwa nini hatuzingatii mabadiliko makubwa katika asili, kwa sababu ni ndogo sana kwa thamani za nishati tunazotumia.
Athari za fomula katika mwendo wa historia ya karne ya 20
Shukrani kwa ufahamu wa fomula hii, mtu aliweza kujua nishati ya atomiki, akiba kubwa ambayo inaelezewa na michakato ya kutoweka kwa wingi. Mfano wa kushangaza ni mpasuko wa kiini cha urani. Ikiwa tunaongeza wingi wa isotopu za mwanga zilizoundwa baada ya fission hii, basi itageuka kuwa chini sana kuliko ile ya kiini cha awali. Misa iliyotoweka hubadilika kuwa nishati.
Uwezo wa binadamu wa kutumia nishati ya atomiki ulisababisha kuundwa kwa kinu ambacho kinatoa huduma ya umeme kwa wakazi wa mijini, na kuunda silaha mbaya zaidi katika historia yote inayojulikana - bomu la atomiki.
Kutokea kwa bomu la kwanza la atomiki nchini Marekani kulimaliza Vita vya Pili vya Dunia dhidi ya Japani kabla ya muda uliopangwa (mnamo 1945, Marekani ilirusha mabomu haya kwenye miji miwili ya Japani), na pia ikawa kizuizi kikuu cha kuzuka kwa Vita vya Kidunia vya Tatu.
Einstein mwenyewe, bila shaka, hangewezakuona matokeo kama hayo ya fomula aliyogundua. Kumbuka kwamba hakushiriki katika mradi wa Manhattan kuunda silaha za atomiki.
Hali ya athari ya picha ya umeme na maelezo yake
Sasa tuendelee kwenye swali ambalo Albert Einstein alitunukiwa Tuzo ya Nobel mapema miaka ya 1920.
Hali ya athari ya picha ya umeme, iliyogunduliwa mwaka wa 1887 na Hertz, inajumuisha mwonekano wa elektroni zisizolipishwa juu ya uso wa nyenzo fulani, ikiwa imewashwa na mwanga wa masafa fulani. Haikuwezekana kuelezea jambo hili kutoka kwa mtazamo wa nadharia ya wimbi la mwanga, ambayo ilianzishwa mwanzoni mwa karne ya 20. Kwa hivyo, haikuwa wazi kwa nini athari ya picha ya umeme inazingatiwa bila kuchelewa kwa muda (chini ya 1 ns), kwa nini uwezo wa kupungua hautegemei ukubwa wa chanzo cha mwanga. Einstein alitoa maelezo mazuri.
Mwanasayansi alipendekeza jambo rahisi: nuru inapoingiliana na maada, haifanyi kazi kama wimbi, lakini kama corpuscle, quantum, clot ya nishati. Dhana za awali zilijulikana tayari - nadharia ya mwili ilipendekezwa na Newton katikati ya karne ya 17, na dhana ya quanta ya wimbi la umeme ilianzishwa na mwanafizikia wa compatriot Max Planck. Einstein aliweza kuleta pamoja maarifa yote ya nadharia na majaribio. Aliamini kwamba photon (quantum ya mwanga), kuingiliana na elektroni moja tu, inatoa kabisa nishati yake. Ikiwa nishati hii ni kubwa ya kutosha kuvunja muunganisho kati ya elektroni na kiini, basi chembe ya msingi iliyochajiwa hufunguka kutoka kwa atomi na kwenda katika hali huru.
Mionekano iliyotambulishwailiruhusu Einstein kuandika fomula ya athari ya picha ya umeme. Tutaizingatia katika aya inayofuata.
Athari ya umeme wa picha na mlingano wake
Mlinganyo huu ni mrefu kidogo kuliko uhusiano maarufu wa nishati. Inaonekana hivi:
hv=A + Ek.
Mlinganyo huu au fomula ya Einstein ya madoido ya kupiga picha huakisi kiini cha kile kinachotokea katika mchakato: fotoni yenye nishati hv (Mlingano wa mara kwa mara wa Planck unaozidishwa na masafa ya oscillation) hutumiwa kuvunja dhamana kati ya elektroni. na kiini (A ni utendaji kazi wa elektroni) na katika kuwasiliana na chembe hasi ya nishati ya kinetiki (Ek).
).
Mfumo ulio hapa juu ulifanya iwezekane kueleza utegemezi wote wa hisabati uliozingatiwa katika majaribio ya athari ya fotoelectric na kusababisha kuundwa kwa sheria zinazolingana za jambo linalozingatiwa.
Alama ya kupiga picha inatumika wapi?
Kwa sasa, mawazo ya Einstein yaliyoainishwa hapo juu yanatumika kubadilisha nishati ya mwanga kuwa umeme kutokana na paneli za jua.
Wanatumia athari ya ndani ya fotoelectric, yaani, elektroni "zilizotolewa" kutoka kwa atomi haziachi nyenzo, lakini hubaki ndani yake. Dutu inayotumika ni semiconductors za silicon za aina ya n- na p.
