질량과 에너지 등가원리

목차

1. 고전적 뉴턴 법칙과 특수 상대성 이론
2. 핵융합과 핵분열
3. 쌍소멸과 쌍생성
4. 질량과 에너지 등가원리

본문내용

1. 고전적 뉴턴 법칙과 특수 상대성 이론
일반적인 물리학에서 고전적 뉴턴 법칙은 흔하게 쓰인다. 하지만, 질량이 작은 원자 단위의 세계 혹은 입자가 빛의 속도의 0.1배 이상으로 빠른 운동을 하는 경우라면 고전적 뉴턴의 운동 법칙은 적용되지 않는다. 고전적 뉴턴의 운동 법칙은 아래와 같은 식으로 표현할 수 있다.

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2. 핵융합과 핵분열
핵융합(nuclear fusion)은 초고온 상태에서 수소와 같은 가벼운 원자들이 융합되는 과정을 의미한다. 태양의 중심핵에서도 핵융합 반응이 일어난다. 태양의 중심에서 핵융합은 [그림 1]에서 보는 것처럼 두 수소 원자핵이 융합되어 중수소 원자핵을 형성한다. 이후, 중수소 원자핵이 융합되어 헬륨 원자핵이 형성되며 핵융합 반응이 완료된다.

핵융합의 과정에서 일부 질량이 손실된다. 핵융합 반응에서는 이렇게 손실된 질량분 만큼 복사를 통해 외부로 에너지가 방출된다.

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3. 쌍소멸과 쌍생성
쌍소멸(pair annihilation)이란 입자와 반입자가 충돌하여 에너지 혹은 빛으로 바뀌는 현상을 말한다. 반면, 쌍생성(pair production)이란 기본입자(주로 전자 등)와 반입자가 생성되는 현상으로 쌍생성이 효과적으로 이루어지기 위해서는 이를 위한 충분한 에너지가 필요하다. 물론 쌍소멸과 쌍생성 두 경우 모두 충분한 에너지와 운동량이 보존되어야 한다.

4. 질량과 에너지 등가원리

그림 . 원자량 235의 핵분열 과정
핵분열(nuclear division)이란 원자핵에 중성자를 충돌시킬 때 핵이 두 개 이상의 원자핵으로 쪼개지는 반응이다. 이때 질량 결손에 따른 에너지가 방출한다. 핵분열이 일어나든 핵융합이 일어나든 전하량은 보존된다. 이를 전하량 보존의 법칙(electric charge conservation law)이라고 한다. 또한, 질량수 또한 보존된다.

참고자료

· 없음