一斤重的電能供全世界用多少年呢?

一斤重的電能供全世界用多少年呢?

這個問題看起來有些無厘頭,因為按照常識,電是無法論斤兩來計量的。但更深奧一點的科學往往不能用人們的生活常識來度量,比如質能方程,就是當今最熱火的科學家愛因斯坦一大發現,他這個驚世駭俗的發現,就讓電可以用秤來稱了。

這位網友是想從這個方向來提出這個問題嗎?不知道,但我只能從這個方向來答了。

一斤重的電能供全世界用多少年呢?
質能方程是揭示質量和能量關係的科學。

在人們生活中,甚至在經典物理學中,質量和能量都是兩個完全不同的概念,它們之間沒有當量關係,也就是沒有固定比價的東西。人們在生活中當然知道,2kg木柴比1kg木柴燒開的水會更多,似乎也有一個正比例關係,但1kg木柴和1kg白菜比呢?他們的能量會一樣嗎?過去的物理學和吃瓜羣眾肯定會説,這怎麼會一樣呢?

愛因斯坦狹義相對論得出的結論就是:1kg木柴和1kg白菜藴含的能量是一樣的。愛因斯坦認為質量和能量之間存在着對應的當量關係,任何同等質量的物體能量都是等價的,而同等的能量所包含的質量也是一定的。質量與能量這種等價互換關係,可以用公式表達,這就是著名的質能方程:E=MC^2。

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這裏的E表示能量,單位J(焦耳);M表示質量,單位kg(千克);C表示光速,取值約300000000m/s(米/秒)。從這個質能方程式我們可以得出,一個物體總能量等於其質量與光速平方的乘積。

這個方程,解開了我們宇宙中物質來源之謎,從而讓我們越來越明白:宇宙大爆炸開始那一刻,宇宙中只有能源,這些能源隨着宇宙温度、密度、壓力下降,才漸漸生成了原子分子,最終形成我們看到的一切物質,包括地球上億萬種生物和我們自己。沒有這種轉換,就沒有今天的世界,也沒有我們人類。

一斤重的電能供全世界用多少年呢?
根據這個理論,我們就可以來稱稱1斤電有多少了。

我們都知道,1斤為500g,但怎麼來理解1斤電,也就是500g電呢?現在我們按照科學方法來衡量,根據質能方程來測算。我們把1斤電理解為1斤物質轉化能量,摺合成電能的數量。在地球上1斤東西約等於500g質量,根據質能方程,500g質量所藴含的能量為:

E=0.5x(300000000)^2=4.5x10^16J

也就是説500g質量的物質如果全部轉化為能量,可製造出4.5億億焦耳的能量。電以w(瓦)計量,1w=1J/s(焦/秒),1度電為1kwh(千瓦時),也就是3600000J/s為1度電,500g質量的能量就相當125億度電。

一斤重的電能供全世界用多少年呢?

世界上2019年發電總量為27004.7Twh,1Twh=1x10^9 kwh,而500g質量轉化的能量相當電能為1.25x10^10kwh,這樣我們就可以得出,500g質量包含能量相當電能,只夠全世界用12.5天。

質量全部轉化為能量雖然很厲害,但僅僅1斤物質能量相當的電能,要想全世界使用很多年還是太誇張了。想一想,如果真的能夠把物質質量全部實現能量轉化,按2019年世界用電量,也只需要不到30kg的質量,還不夠驚世駭俗?

一斤重的電能供全世界用多少年呢?
人類現在掌握的質能轉換能力還很弱小。

不過迄今為止,人類質能轉換的能力並不大,煤炭和化學能源質能轉化率很小,只有100~10億分之一;核裂變才能夠達到0.13%,也就是1kg質量只得到1.3g質量的能量。核聚變比這個轉化率高了5倍多,質能轉化率達到0.7%,但目前人類還無法控制,只能夠在氫彈上使用,“轟”的一下就沒了。人類要能夠真正享受核聚變帶來的質能轉換率,還需要達到可控核聚變,也就是慢慢釋放能量的核聚變能,這項研究還有很多困難需要攻克。

理論上可以達到的完美質能轉換,也就是物質100%全部可以轉化為能量的途徑,只有正反物質的湮滅。但對我們人類來説,反物質極其難得,科學家們花費了無法計量能量和人力財力,弄了幾十年,得到的反物質還不夠燒開一杯水。因此,要實現用反物質與正物質湮滅實現質能轉化還完全是個幻想。

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即便可控核聚變實現了商業化運營,人類質能轉換能力也只能夠達到0.7%,質能轉化中間還有99.3%的能量轉化空間需要人類繼續前赴後繼去發掘。愛因斯坦已經為我們找到了打開物質能量大門的金鑰匙,但在這個能量寶庫裏,所有的保險櫃都是鎖着的,人類打開了核裂變和核聚變的櫃子,還有千百個櫃子的鑰匙需要尋找,你能找到哪一把呢?

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