E=mC 2 הבעיה הבוערת של דורנו שיעור על מאמר מאת אלברט ...

E=mC2 דורנו של הבוערת הבעיהעל אינשטיין שיעור אלברט מאת מאמר

מספר כנספח מצורפת : " 2המצגת על איינשטיין אלברט של פופולארי במאמר שימוש למאמר , " אהרון ועירית קפון שולמית מאת באנרגיה לדיון מארגנת כמסגרת ואנרגיה מסה בין השקילות

כרך, " )2חוברת, 31תהודה ג, פעילויות(. 2013תשע את מלווה -5המצגת פעילויות " 6ו בחוברת." הרחב לקהל מדעי מאמר בעקבות הפעילויות לימודיות מספר חוברת כנספח 1מצורפת

. מאמר לאותו

שמורות - הזכויות כל אהרון ועירית קפון שולמית

Albert Einstein (1946). E=mC2: The Most Urgent Problem of our Time. Science Illustrated 1, p. 16–17, 1946

4.7.13

2

עקרון התפתחות על היסטורי מבטהאנרגיה שימור

מסה שימור חום שימור אנרגיה שימורמכאנית

ראשונית הנחה

תומכות ראיות

מפריכות ראיות

הפרדוקס יישובתחום" הרחבת י עעקרון של הכיסוי

האנרגיה שימור

“Physicists accepted this principle up to a few decades ago”.

, שינוי צורה שינוי , , המסה צבירה מצב

כימית תגובה

והחום • המכאנית גדלים אינםהאנרגיהעצמם בזכות הנשמרים

צורות • הן תרמית ואנרגיה מכאנית אנרגיהלזו זו מומרות להיות שיכולות אנרגיה של

, חשמלית ) אנרגיה של אחרות ולצורות)' וכד, כימית

נשמרת • הכוללת האנרגיה

3

עקרון התפתחות על היסטורי מבטהאנרגיה שימור

מסה שימור חום שימור אנרגיה שימורמכאנית

ראשונית הנחה

, שינוי צורה שינוי , , המסה צבירה מצב

כימית תגובה

תומכות ראיות

הנובעת השערההיסוד מהנחות

היחסות תורת שלהפרטית

)!! ראיה) אינה זו

מפריכות ראיות

• , וה החום המכאנית בזכות אינם מסההאנרגיה הנשמרים גדליםעצמם

של • אחרות לצורות מומרת להיות שיכולה אנרגיה כמוסה במסה) קינטית ) אנרגיה למשל אנרגיה

נשמרת • הכוללת האנרגיה

הפרדוקס יישובתחום" הרחבת י עעקרון של הכיסוי

האנרגיה שימור

“Physicists accepted this principle up to a few decades ago”.

4

" של" כ כ גדולה כמות בחובו מכיל מסה גרם כל אם "? " שנים, הרבה כ כ בו הבחינו לא מדוע אנרגיה

(9פיסקה)

? אחד גרם בת במסה כמוסה אנרגיה המון!!!כמה

Emass = mC2 = 10-3kg·(3·108

m/sec)2 = 9·1013Joul ≈ 1014

Joul

בקלורימריטריה - ▪ בניסוי שראיתם האנרגיה למעברי למשל 103השווJoul

. על" חישבו בה לצפות אפשר אי החוצה נפלטת אינה זו אנרגיה עוד כל". עשיר - הוא כמה עד לדעת יוכל לא איש פרוטה מבזבז שלא עשיר אדם

5

שינויי בעקבות מסה שינויי רואים איננו מדוע? יומיים יום בתהליכים אנרגיה

(10פיסקה)

של הטמפרטורה את להעלות כדי הדרושה האנרגיה מים 1כמות ליטר(1 , או" ג ( 1000ק ב מים 1Cגרם

0: ∆ Eheat ≈ 4·103

Joul

? זו אנרגיה מתוספת כתוצאה הצפוי המסה שינוי מהובר לא שינוי

מדידה!!אלפית) של מליונית

) הגרם מאית של

האיור :מקורhttp://pleasediscuss.com/andimann/20091204/cio-dilemma-balancing-tactical-and-strategic-projects/875412_330130201/

6

לנו" ) בו( 1946ידוע אחד תהליך על רקביקוע - מסה ליחידת אנרגיה של כך כל גדולה כמות משתחררת

גרעיני "(11פיסקה)

מסת גרעיני שבביקוע מראה הניסיוןהיוצרים ממסת קטנה התוצרים

Mתוצרים < Mיוצרים

ואנרגיה מסה בין השקילות עקרון: מלא באופן התופעה את מסביר

MתוצריםC2 + נפלטת C2יוצריםM = אנרגיה

יוצרים

האיור תוצרים :מקורhttp://www.planetnana.co.il/first_pxdex/atom.html

7

עקרון התפתחות על היסטורי מבטהאנרגיה שימור

מסה שימור חום שימור אנרגיה שימורמכאנית

ראשונית הנחה

, , אידוי, המסה חימוםבתרכובות איחוד

כימיות

תומכות ראיות

הנובעת השערההיחסות מתורת

הפרטיתביקוע ראיה:גרעיני

מפריכות ראיות

• , וה החום המכאנית בזכות אינם מסההאנרגיה הנשמרים גדליםעצמם

של • אחרות לצורות מומרת להיות שיכולה אנרגיה כמוסה במסה) קינטית ) אנרגיה למשל אנרגיה

נשמרת • הכוללת האנרגיה

הפרדוקס יישובתחום" הרחבת י עעקרון של הכיסוי

האנרגיה שימור

“Physicists accepted this principle up to a few decades ago”.

8

מדעית תיאוריה

, שהיא" ככל יותר פשוטות שלה היסוד שהנחות ככל יותר מרשימה תיאוריה , בתחומים ליישום ניתנת שהיא וככל יותר מגוונים לנושאים מתייחסת

) , ( " אוטוביוגרפית הערה איינשטיין יותר נרחבים המתוארת האנרגיה שימור עקרון של ההיסטורית ההתפתחות כיצד

? זו אמירה עם מתיישבת במאמר

9

? " כ כ גדולה גרעיני בביקוע המשתחררת האנרגיה מדוע

בין קשרים נשברים הביקוע בתהליךוהנויטרונים ) הפרוטונים הנוקלאונים

שבגרעין(.

חזקים אלה יותר הרבהקשריםהדרושה האנרגיה ולכן כימיים מקשריםאטום של מגרעין נוקלאון לשחרר כדיכדי הדרושה מזו מיליון פי בערך גדולה . לפיכך אטום מאותו אלקטרון לשחררפי בערך ישחרר גרעין של ביקוע כלריאקציה מאשר אנרגיה יותר מיליון

. האטום שותף לה כימית

יכולים בביקוע שמשתחררים הנויטרוניםתגובת ונקבל אחרים גרעינים לבקע

שרשרת.

10

השלכות

" לייצר " כדי דלק פחות צריכה גרעיני כור עם העובדת כוח תחנת מדוע? פחם ששורפת כוח לתחנת בהשוואה אנרגיה כמות אותה

:פי תשובה בערך גדולים הגרעינית הקשר באנרגיית שההפרשים מכיוון , דלק של אחד גרם הכימיות הקשר באנרגיות מההפרשים מיליון

" " " כימי" דלק של אחד מגרם אנרגיה יותר מיליון פי בערך יניב גרעיני.) פחם) למשל

תוכל הצוללת בתוך גרעיני מכור שלה האנרגיה את שתקבל צוללת מדוע? רגילה לצוללת בהשוואה בתדלוק צורך ללא זמן יותר לנוע

:של תשובה מגרם אנרגיה יותר מספק גרעיני דלק של שגרם מכיווןכימי דלק

? מתמשך הרס יוצר גרעיני פיצוץ מדוע מסוכנת רדיואקטיבית פסולת מדוע? הפיצוץ לאחר שנים שנמשך

:קטנים תשובה לגרעינים להתבקע ממשיכים הביקוע שתוצרי משוםבאופן מתבקעים שאינם יציבים גרעינים שנוצרים עד ויותר יותר

לסביבה. נפלטת זה ובזמן זמן מאד הרבה שלוקח תהליך זהו ספונטני. הגרעיניות הריאקציות של לוואי כתוצר קרינה

היסטורי – רקע הרחבה

12

יסוד- =< 1932 במעבדה לייצר נסיונות הנויטרון גילוימאורניום כבד כימי

רתרפורד ארנסטבריטניה

- ' קירי וליו ז אירןצרפת

, ופריץ מייטנר ליסה האן אוטו(שטרסמן בתמונה) לא

גרמניההגרעין ) (1939מבקעי

פרמי אנריקואיטליה

אוטו - 1944בפרס זוכה האןעל לכימיה נובל

תהליך גילויהגרעיני הביקוע

13

הגרעין - 1939ביקוע

, ב בכימיה נובל פרס את שקיבל הגרמני הכימאי האן גילוי 1944אוטו עלהגרעיני ) . 1939הביקוע כיוון( מדידה בטעות שמדובר זמן הרבה חשב

. " תישמר" לא שהמסה ייתכן לא ש המקור בחיפוש רבים מאמצים השקיעו המדידות על חזרו וצוותו הוא

." טעות" ל , לעקרון הקשר את שעשתה זו הייתה מייטנר ליזה למחקר שותפתו

" ניתן במסה שהפחת חישוב י ע והראתה והאנרגיה המסה בין השקילות. " הנפלטת האנרגיה י ע מלא להסבר

האן ואוטו מייטנר ליסההגרעין ) (1939מבקעי

את האן עם חלקה לא מייטנר ליזההיות. היא שהסיבה האומרים יש הנובל

ויש נשים כנגד מוטה הפרס ועדתששמה מכך נבעה שהסיבה האומרים

שפרסם הראשון המאמר על הופיע לאהתגלית ) על היותה( 1939האן בשל

) מגרמניה ) גולה מומרת יהודיההנאצית.

ועם 1966ב האן עם מייטנר קיבלהעל פרמי פרס את שטרסמן פריץ

התגלית.

14

ביותר" הדחופה לבעיה הפכה הזה האיום מניעת(13פיסקה) בתקופתנו."

1938 . בסטקהולם – לעבוד ומתחילה מברלין לברוח נאלצת מייטנר ליזה מכתבים חליפת דרך ממשיך בברלין האן אוטו של הקבוצה עם הפעולה שיתוף

. חשאיות ופגישות תוך קטנים לגרעינים להתפצל יכול האטום גרעין כי להבין הראשונה מייטנר

. במסה - בפחת האנרגיה מקור אנרגיה של גדולה וכמות נויטרונים פליטת1939 . האן – במשותף לפרסם יכולים אינם ומייטנר האן באירופה המצב בגלל

" ההסבר את מפרסמת מייטנר כ אח וחודשיים הכימיות התגליות את מפרסםביקוע. המושג את פריש אוטו הפיזיקאי אחיינה עם יחד טובעת היא הפיסיקלי

. גדול לפיצוץ לגרום עשויה כזו שרשרת שתגובת ומציינת גרעיני גרמניות בידיים נמצאת שהיא ומכך התגלית של ההרס מפוטנציאל הפחד

. הראשונה האטום פצצת נוצרת שבסיומו מנהטן פרויקט להקמת מובילב שהוביל רוזוולט לנשיא המכתב על החתומים בין אינשטיין 1939אלברט

. תיקח שלא ומצהירה לפרויקט להצטרף מסרבת מייטנר הפרויקט להקמת. הפצצה בתכנון חלק

1946 – איינשטיין אלברט ידי על מכונסת האטום מדעני של החירום עדת ועדת ,) הציבור ) את להזהיר כדי רוזוולט לנשיא המכתב מיוזמי הוא גם סילארד ולאו

באנרגיה השימוש את ולקדם האטום פצצות בפיתוח הכרוכות מהסכנות . לחימה לצורכי שלא ב גרעינית מיינטנר ויקיפדיהליזה

קשר – אנרגיית הרחבה

16

השפעה – טווח החזק הגרעיני הכוחמוגבל

" הדחייה " את לנצח כדיהכוח ) הפרוטונים בין החשמלית

הנוקלאונים( האלקטרומגנטי ) צריכים) ונויטרונים פרוטונים

בזה זה לגעת ממש יציב פחות יהיה גדול גרעין לכן

החזק הכוח של הפעולה טווח

האיור :מקורhttp://www.particleadventure.org/index.html

17

? גרעינית אנרגיה מהי

, החשמלית הקשר אנרגיית הוא כימיים בקשרים הכמוסה האנרגיה מקור. מהאטום האלקטרונים את לשחרר כדי להשקיע שיש המינימאלית האנרגיה

. שבאטום האלקטרונים חלק לוקחים כימית בריאקציה? מהאטום אלקטרון לנתק כדי אנרגיה להשקיע יש מדוע

המשיכה – תשובה: ▪ על להתגבר החשמלי הכוח כנגד עבודה לבצע שוהאלקטרון הגרעין בין

– הגרעינית הקשר אנרגיית בגרעין הכמוסה האנרגיה האנרגיה, מקורפרוטונים ) למרכיביו הגרעין את לפרק כדי להשקיע שיש המינימאלית

כללי באופן או (.נוקלאוניםונויטרונים) ונויטרונים ) פרוטונים הנוקלאונים חלק לוקחים גרעינית בריאקציה? מזה זה הנוקלאונים את לנתק כדי אנרגיה להשקיע יש מדוע

על – תשובה: ▪ להתגבר החזק הגרעיני הכוח כנגד עבודה לבצע יש. הנוקלאונים בין המשיכה

18

ממוצעת גרעינית קשר אנרגייתלנוקלאוןיציבים גרעינים

ניעיגר

וךתהיכיליהת

גרעיני ביקוע תהליכי

יותר • גדולה לנוקלאון הממוצעת הקשר שאנרגיית ככלכדי – אנרגיה יותר להשקיע צריך כי יותר יציב הגרעין

) מבור ) כדור להוציא כמו נוקלאונים ממנו להוציאמסכום • יותר קטנה תהיה מסתו כך יותר יציב שהגרעין ככל

בתהליך – כי אותו המרכיבים הנוקלאונים של המסותכמו ) אנרגיה נפלטת לגרעין הנוקלאונים של ההתחברות

) לבור שנופל כדורמהגרעין • יותר יציבים התוצרים בהן גרעיניות בריאקציות

כדי ) שהשקענו האנרגיה כי לסביבה אנרגיה נפלטת היוצרכשנוצרו שנפלטה מזו קטנה היוצר הגרעין את לפרק

.) התוצרים גרעיני

מקור האנרגיה

של השמש

19

שאלה

כתלות לנוקלאון הממוצעת הקשר אנרגיית של בגרף שוב התבוננו. המסה במספר

ביקוע תהליכי מאשר אנרגיה יותר נפלטת גרעיני היתוך בתהליכי מדועגרעיני?

:כתלות תשובה לנוקלאון הקשר אנרגיית של הגרף שיפועי פי עליותר הרבה היתוך בתהליכי הגרף ששיפוע לראות ניתן המסה במספר

. הקשר באנרגיות שהשינוי מכאן ביקוע בתהליכי מהשיפוע תלולהקשר באנרגיות מהשינוי גדול יותר הרבה היתוך בתהליכי לנוקלאון

. ביקוע בתהליכי לנוקלאון

20

... יותר לדעת

Einstein's Big Idea part 1, part 2

The particle adventure - The fundamentals of matter and force

" א ת אוניברסיטת של האסטרונומי במועדון רלוונטיות הרצאות

, . הוצאת – יונק רוברט מאת האטום פצצת ממציאי החמה כאור שבעתייםלספרות .1960מחברות