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一斤电能供全世界用多少年?

按常理,不能用“斤”来表示能量,电就是一种能量。

“斤”是个重量(质量)单位,1斤合0.5千克。而电是一种能量,能量的单位有焦耳、卡、千瓦时、尔格等,就是没有“斤”,一个质量单位怎么能用来表示能量?尤其是表示电能,实际上人们多用千瓦时表示电能,这个千瓦时就是人们常说的“度”。

当然能量单位不是国际基本单位(国际基本单位一共有7个,分别是:质量单位――千克、长度单位――米、时间单位――秒、电流单位――安培、热力学温度――开、物质的量单位――摩尔、发光强度――坎德拉),能量是由质量等国际基本单位推导出来的,比如说1焦耳=1千克·米/秒。而1千瓦时=1度=(1000焦耳/秒)×3600秒=3.6×10^6焦耳=3.6×10^6千克·米/秒,也就是说能量的确与物体质量及其运动有联系,但也只限于有联系,在爱因斯坦之前,人们不可能直接单独用质量单位去表示能量。

爱因斯坦质能关系式的出现使事情出现转机

直到1905年,爱因斯坦发表了狭义相对论的几篇论文,其中有一篇推出了著名的质能关系式E=mC^2,

爱因斯坦和他的质能方程式

说的是物体拥有的所有能量E等于它的质量m与光速C平方的乘积,并且物体的质量和能量可以互相转化。由于光速C是常数,因此只要物质质量一定,能量就一定,反之亦然。从这个意义上说,可以用质量来计算和表示能量的大小。比如我们常说太阳每秒钟消耗7亿吨氢原子,这7亿吨氢原子经过热核聚变转化为6.96亿吨氦原子,放出400多万吨的能量,即3.86×10^26焦耳,这400多万吨就是7亿吨氢原子转化为氦原子后的质量亏损△m,它全部转化为能量△E,因此这里直接用质量表示能量。

质量可以表示能量,但不是所有的能量都和质量一体共存,因此用质量表示能量更多说地是能量的对应质量。

质量和能量都是物质的属性,一个物质具有了质量的同时就具有了能量。大多的时候,质量和能量就是物质的一体两面,它们是共存于一体的,所谓质能之间的转化不过是以谁为主要表现形式而已;但有的时候物质只以能量的方式存在,而不具有质量。比如说光子并没有质量(静质量为0),但它却是个能量子。因此质能关系式说的只是质量和能量的对应与转化关系,并没有说质和能一定共存、一定能转化。用质量表示能量更多说的是能量的“对应质量”。

电能就是个纯能量,本身并不具有质量。

它是由别的形式的能(例如风能、水能、核能、热能、机械能、化学能和太阳能等)转化而来,并不是由质量直接转化而来(当然即使由质量直接转化而来,电能也不再具有质量)。因此我们用质量单位“斤”来表示电,说的只是它的对应质量。在回答本题之前,我觉得有必要说清楚这个问题。

下面我们根据质能关系式△E=△mC^2算一下“一斤”电能有多少能量。这些电能供全世界用多少年?

把△m=0.5千克,C≈300000000米/秒代入公式得:“一斤”电的能量△E≈0.5千克x(300000000米/秒)^2=4.5×10^16焦耳=1.25×10^10度=125亿度。这些能量和全世界每年用电量相比是什么概念?全世界的用电量每年都在增加,咱们按照最新统计数据,全球每年的用电量大概是25万亿度,正好是“一斤”电的2000倍,即全世界每年要消耗“2000斤”电。也就是说“一斤”电只能供全世界用1/2000分之一年,约合4.38小时,这就是本题的答案。

引申一下:全世界每年用这么多“斤”的电,这是个什么概念?有这么多的能源转化利用吗?

的确“一斤”电的能量并不小,我们都知道日本广岛“小男孩”原子弹的威力,把整个广岛夷为平地。

它的爆炸威力18000吨TNT当量,相当于1公斤铀235全部裂变释放的能量,约合8×10^13焦耳,

根据△E=△mC^2可以算出产生这巨大的能量只亏损了0.89克质量,以此对比,我们可知500克(1斤)物质全部转化成的能量(4.5×10^16焦耳)有多么大!这个能量相当于6000个广岛原子弹的能量总和,而这个能量比起全世界每年的用电量,却又是小巫见大巫。全世界每年的用电量又是这个能量的2000倍,约合一千二百万个广岛原子弹的能量总和呀。这就是我们每年的用电,人类利用自然的能力有多强啊,目前全世界都面临能源危机,我们以后是不是要节约一下啊,免得过早把地球资源耗尽。好了先不说这些,咱们再回到原来的话题――全世界每年能有那么多的能源转化为电吗?

答案当然是能,前面咱们曾举过例子,太阳每秒中就消耗7亿吨氢,把其中400多万吨物质转化为以伽马射线为形式的能量,大约为3.86×10^26焦耳,这相当于在一秒钟内同时爆炸910亿颗100万吨级的氢弹,这些能量全部辐射向太空。

根据太阳常数,我们地球仅获得其中的22亿分之一,大约为1.75×10^17焦耳,相当于500多万吨标准煤完全燃烧释放的能量。地球的反照率为0.3,就是说地球把30%的太阳辐射能量又反射回太空,只吸收70%,那也有1.225×10^17焦耳,相当于“2.7斤”电。一年下来就能吸收“八千五百万斤”电,而全世界每年用电量仅为“2000斤”(25万亿度),比起太阳给地球的能量实在不算什么。换句话说,太阳给全世界提供了的能量足够来转化生产电的,难就难在利用率和转化率,这已经不是我们本文的讨论内容。

作者:宇宙新思维

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