E=mc ²の公式に定数を加える必要がありますか

質問

鉄の原子核は最も安定していて、核分裂させるのにより多くのエネルギーが必要なようです。金１グラムを核分裂させるのと鉄１グラムを核分裂させるのとでエネルギー消費量が異なるのであれば、アインシュタインの発見してくれたE=mc²の公式に、各物質に固有の物質定数を挿入して、E=kmc²とするとより分かりやすいようにも思えるのですが。

回答No.4

SI299792 · ベストアンサー

この式は、取り出せるエネルギーで、投入するエネルギーは計算に入れていません。投入したエネルギーは、熱になってまた出てくるので、消えるわけではありません。それを数式に入れるとおかしなことになります。

お礼

投入するエネルギーと放出されるエネルギーを混同していました。的確なご指摘をありがとうございます。

回答No.5

chie65535

＞核融合で放出される熱エネルギーとは、原子核内で陽子と中性子を結びつけていた核力が一部不要になり、周囲の空気分子等を振動させるのに使われたという理解でよろしいでしょうか

太陽は核融合で光っていますが、周囲には空気がありませんので、その考えは間違っています。

お礼

太陽のような恒星の核融合では、放出された電子や光子によって周囲の荷電粒子等のガスが振動し、熱として観測される様でしょうか。もちろん大気圏まで到達した電磁波は空気を温めるものの、地球に到達する光はほんの一部ですね。書いていて自分で分かっていないのですが、真空中での核融合についての解説をありがとうございます。

回答No.3

chie65535

＞鉄の原子核は最も安定していて、核分裂させるのにより多くのエネルギーが必要なようです。

鉄は原子核が最も安定した元素で、核融合も核分裂もしません。ですので「核分裂させるのに」という前提が間違っています。

核分裂では、分裂後の元素の質量は、分裂前の元素の質量より軽くなります。軽くなった分の質量は、運動エネルギーや熱エネルギーになって放出されます。

核融合でも、融合後の元素の質量は、融合前の元素の質量より軽くなります。軽くなった分の質量は、熱エネルギーになって放出されます。太陽では水素４つが融合して、水素より軽いヘリウムが出来て、軽くなった分の質量が熱エネルギーになっています。

核分裂でも核融合でも、質量が減って、減った分がエネルギーになります。

その際、減った質量とエネルギーは等式で表され、その式が「E=mc ²」な訳で、何がどう分裂しようが、何がどう融合しようが「減った質量が一定なら、出てくるエネルギーも一定」で、分裂、融合した元素の違いによって出てくるエネルギー量が変わる、という事はありません。

お礼

理解が深まりました。ありがとうございます。

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補足

詳しい説明をありがとうございます。核融合で質量が軽くなる理由が私には理解できていないかもです。陽子や中性子が消滅する訳ではなく、より密集するので僅かに軽くなるのでしょうか。おにぎり100個を一個ずつ測って合計するよりも、100個まとめて測る方が僅かに軽くなるのと同じですか。核融合で放出される熱エネルギーとは、原子核内で陽子と中性子を結びつけていた核力が一部不要になり、周囲の空気分子等を振動させるのに使われたという理解でよろしいでしょうか。要領を得ていない文で失礼しております。

回答No.2

MT765

m=質量ですよね。
では1グラム当たりの原子の数は鉄と金で同じでしょうか？
ざっくりですが金のほうが鉄の13倍くらいの原子数があると思います。

＞金１グラムを核分裂させるのと鉄１グラムを核分裂させるのとでエネルギー消費量が異なる
１グラムではなくて原子1個を核分裂させるのに必要なエネルギーを比べれば鉄のほうが大きいですが、1グラムという質量が同じであれば含まれる原子の数が異なりますから鉄でも金でも必要エネルギーは同じではないでしょうか。

なので固有の定数などは必要ないと思いますよ。

自分は専門家ではありませんのであんまり自信はないですが…。

お礼

私も全然詳しくなくて、核融合や核分裂で反応に関与する陽子や中性子の全体数が不変ならば、密集度で重さが変化するだけで質量は不変、E=mc²ではなく質量保存の法則が適用されるような、頭が混乱しています。ありがとうございます。勇気づけられます。

回答No.1

Nakay702

E = mc² は、核子（陽子や中性子）レベルで起こることを公式化したものですよね。ですから、分子レベルの違いは関わらないのだと思います。つまり、E = mc²の関係式を云々する際、《「各物質に固有の物質定数」は度外視されている》ということではないでしょうか。

ということで、「各物質に固有の物質定数を挿入」する必要はないと考えます。

お礼

視野が広がりました。ありがとうございます。

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補足

鉄の原子核は陽子と中性子の密集度が最も高くて、つまり正電荷同士なのにより膨大なエネルギーでお互い密に繋ぎ止められているのだろうと思います。そのエネルギーが核分裂で解放されると、１原子当たりでは金の放出するエネルギーが数倍大きいものの、１グラム当たりでは鉄の放出するエネルギーがわずかに上回るのかなと感じました。私の質問が不正確なようで、物質定数を加える必要があるほどの大きな違いは無いのですね。有難うございます。