Dans sa théorie de la relativité restreinte, Albert Einstein a déclaré que la masse et l'énergie sont équivalentes et peuvent être converties les unes aux autres. C'est de là que vient l'expression E = mc ^ 2, où E représente l'énergie, m la masse et c la vitesse de la lumière. C'est la base de l'énergie nucléaire, dans laquelle la masse à l'intérieur d'un atome peut être convertie en énergie. L'énergie est également trouvée en dehors du noyau par des particules subatomiques maintenues ensemble par la force électromagnétique.

Niveaux d'énergie d'électron

L'énergie peut être trouvée dans les orbitales d'électron d'un atome, maintenu en place par la force électromagnétique. Les électrons chargés négativement orbitent un noyau chargé positivement, et selon la quantité d'énergie qu'ils possèdent, ils se trouvent à différents niveaux orbitaux. Lorsque certains atomes absorbent de l'énergie, on dit que leurs électrons sont «excités» et passent à un niveau supérieur. Lorsque les électrons retombent à leur état initial d'énergie, ils émettent de l'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique, le plus souvent sous forme de lumière visible ou de chaleur. De plus, lorsque les électrons sont partagés avec ceux d'un autre atome dans le processus de liaison covalente, l'énergie est stockée dans les liaisons. Lorsque ces liens sont brisés, l'énergie est ensuite libérée, le plus souvent sous forme de chaleur.

L'énergie nucléaire

La plus grande partie de l'énergie que l'on peut trouver dans un atome se présente sous la forme de masse nucléaire. Le noyau d'un atome contient des protons et des neutrons, qui sont maintenus ensemble par la forte force nucléaire. Si cette force devait être perturbée, le noyau se déchirerait et libérerait une partie de sa masse comme énergie. C'est ce qu'on appelle la fission. Un autre processus, connu sous le nom de fusion, se produit lorsque deux noyaux se réunissent pour former un noyau plus stable, libérant de l'énergie dans le processus.

Théorie de la relativité d'Einstein

Combien d'énergie est stockée dans le noyau d'un atome? La réponse est assez importante, comparée à la taille de la particule. La théorie spéciale de la relativité d'Einstein inclut l'équation E = mc ^ 2, ce qui signifie que l'énergie dans la matière est équivalente à sa masse multipliée par le carré de la vitesse de la lumière. Plus précisément, la masse d'un proton est de 1,672 x 10 ^ -27 kilogrammes, mais elle contient 1,505 x 10 ^ -10 joules. C'est encore un petit nombre, mais quand il est exprimé en termes réels, il devient énorme. La petite quantité d'hydrogène dans un litre d'eau, par exemple, est d'environ 0,111 kilogramme. Cela équivaut à 1 x 10 ^ 16 joules, ou à l'énergie produite en brûlant un million de gallons d'essence.

L'énergie nucléaire

Parce que la conversion de la masse en énergie fournit une quantité stupéfiante de l'énergie de masses relativement petites, c'est une source de carburant tentant. Cependant, faire que la réaction se déroule dans des conditions sûres et contrôlées peut être un défi. La plus grande partie de l'énergie nucléaire provient de la fission de l'uranium en particules plus petites. Cela ne provoque pas de pollution, mais produit des déchets radioactifs dangereux. Pourtant, l'énergie nucléaire représente un peu moins de 20% de la demande d'électricité des États-Unis.