1个原子转化为能量功率有多大,能推动电瓶车跑多远?

这是网友邀答,原题为:一个原子完全转换成能量能让一辆电瓶车跑多远?

  • 先说结论:能跑0m。

如果这个电瓶车是分子级别的,我就不这么说了。但这个问题似乎并没有特别说明电瓶车有多大,因此可以基本上认为就是人们常用的代步电动自行车了。一辆电动自行车的质量一般在几十千克,而一个原子质量是极其渺小的,最小的原子为氢原子,质量只有1.674x10^-27kg,也就是1674亿亿亿分之一千克,氧原子的质量为2.657x10^-26kg,碳-12原子的质量为1.993x10^-26kg,都在亿亿亿分之一千克以下。

而一个原子有多大呢?直径只有10^-10m,就是百亿分之一米,0.1nm(纳米)。一根头发丝的直径在60~100μm(微米)之间,1mm(毫米)=1000μm,1μm=1000nm,一根头发的断面上就可以并排排列数千亿个原子,你觉得一个原子转化为能量能够推动这根头发吗?这根头发与电动车又有多大的差距?

  • 质量与能量的关系。

爱因斯坦的质能方程,揭示了物质质量与能量之间的比价关系,一定的质量与一定的能量是成严格比例关系的,不管这种物质是什么,只要质量一样,其蕴含的能量就是一样的。

根据爱因斯坦质能方程表达式为:E=MC^2。其中E为物质所蕴含能量,单位J(焦耳);M为物质质量,单位kg(千克);C为光速,这里取值约300000000m/s(米/秒)。根据这个方程,我们可以计算出1kg质量完全转化出来的能量为:E=1X(300000000)^2=90000000000000000J。

但这是在物质全部转化为能量的前提下得到的全部能量。在迄今人类能够掌握的能源中,不要说实现物质质量的全部转化,实际上最强的质能转化率连1%也没有达到。除了在大型电子对撞机中的科学实验,目前人类掌握最大效率的能量就是核聚变,而且现在还处于不可控阶段。即便这种能量质能转换率也只能够达到0.7%,也就是1kg质量中,只有7g物质可以全部转化为能量。

这样1kg质量得到的能量为:90000000000000000Jx0.7%=630000000000000J。

  • 一个原子有多大能量?

现在我们按照1个原子(按碳-12原子计算)全部转化为能量看有多大:E=(1.993x10^-26)x(300000000)^2=0.0000000017937J。将能量换算为电力,3600000J/s(焦/秒)相当1kw/h(千瓦/时),也就是说一个原子的能量只相当于2000万亿分之一个kw/h。

一辆电动车功率一般都在100w(0.1kw/h)以上,要达到100w功率,根据质能方程计算,每秒钟至少需要200万亿个原子全部转化为能量,才能达到这样的功率。而核聚变的质能转化率只有0.7%,即便以后电动车实现了核聚变驱动,也需要每秒近3亿亿个原子参与核聚变,才能够产生100瓦的功率。

质能方程虽然揭示了质量中蕴含着巨大的能量,但这是在同级别层面比较而言,若以极其渺小的微观层面,将人眼无法看到,甚至最强大的电子显微镜还看不清楚的原子,拿来与生活中的宏观事物相比,就没有可比性了。可能一些网友对原子尺度没有一个足够认识,完全没有小到什么程度的概念,才会有这种荒唐想法吧。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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