Wzhisper

提這個問題的同學，我認為是一個深受電池困擾的外賣小哥，深厚的物理知識背景下，電瓶車轉瞬即逝的電量，深深的傷害了小哥的自尊，於是，從最高級的能量釋放形式中，尋求一勞永逸的解決辦法。

所以，這是一個解決快遞/外賣小哥終極怨念的好題目！

我這就來解惑一把。

核能電池的可行性

目前地球人使用的電池，除非是超級電容，其他的從原理上來看，都是化學能電池。

但人類早已掌握了更高級的能量轉化形式——核能，那麼把核能應用到電池上，有沒有希望呢？

核能有三種釋放的方式——聚變、裂變、衰變。

聚變號稱永遠還差50年，直到2020年的今天，依然看上去很美好，但實現仍舊遙遙無期，我們只能自覺的放一邊。

裂變基本已經純熟的應用在核電站的發電事業中了，但要做到小型化，甚至用到電瓶車上，那基本是扯淡。

那沒辦法了，只剩下華山一條路——衰變，別說，這東西已經有不少的應用了，外賣小哥的電瓶車，獲得永恆的能量，理論上是有希望的！

核能電池的應用——放射性同位素電池的應用

這個事實一點都不超前，說真的，還是一個50多年前的老技術而已。

同位素電池有屬於它的曾經輝煌的舞臺，那就是廣袤的太空——美國人登月的時候，早就盯上它了。

阿波羅11號飛船安裝了兩個放射性同位素裝置，其熱功率為15瓦，用的燃料為鈈－238。放射性同位素裝置並不是直接提供電能的，而是供飛船在月面上過夜時取暖使用。

這個發明創造投入使用後，就一發不可收拾，在後來發射阿波羅宇宙飛船上，都安裝了SNAP－27A裝置。SNAP－27A設計的電輸出功率為63.5瓦，重量為31千克，它不僅可以提供電力，還能發熱保暖。實乃太空旅行的必備良品。

總的來說，在深海探測、水下監聽、海底電纜中繼站等場合，放射性同位素電池的應用，非常廣泛。

電瓶車的希望

外賣小哥的希望在熊熊燃燒之際，我來潑個涼水吧。

雖然地球人目前已經發現了超過一千五百多種放射性核素，但真正能用於同位素電池的核素至少得滿足應條件後，真正能夠用作放射性同位素電池的核素只剩鈈238、鍶90、鈷60、銫137等十多種。在實際生產生活中，廣泛使用的則只有鈈238、鍶90。

同時，同位素電池燃料的放射性，也是一件令人頭疼的事情，當衰變放出的粒子動能大於200-250千電子伏特時，就會對電池中的硅晶體結構造成不可逆的損傷。簡單的說，連電池都頂不住輻射了，你作為使用者，有膽量試試嗎？

最後，能量密度的問題，才是真正的大問題。因為放射性輻射的影響，目前同位素電池的能量密度令人失望。阿波羅計劃中使用的同位素電池31kg但輸出功率僅70W，這點功率，點亮一盞節能燈是足夠了，但要讓電瓶車跑起來，你想過電池的總重量超過車重的情況嗎？這畫面太美我不敢看啊！

結語

講了半天，還是最後回應一下題主的直接提問，一個原子的轉變，以碳12為例，大約是是1.8*10^-9焦耳，可以推動電瓶車行駛1納米左右。

但一個原子是十足的微觀尺度，和宏觀直接聯繫，是沒有意義的。現實中，我們根本不可能分離出單獨一個原子進行控制的，所以沒必要計較太多。

真傢伙要使用，還得看我剛剛講到的電池啊。不過，目前來看，外賣小哥還是老實充電比較實際了。

貓先生內涵科普

答：一個碳12原子，如果按照質能方程100%地轉化為能量，大約是1.8*10^-9焦耳，可以推動電瓶車行徑幾納米；如果是1克質量的原子100%轉化為能量，可以讓一輛電瓶車跑上400億公里。

題目所問，一個微觀，一個宏觀，對比的意義不大，我們可以來簡單計算一下，碳-12是相對原子質量的定義標準（12u），一個碳-12原子是1.9927×10-26kg。

如果使用一個碳-12原子與它的反原子相碰，就會發生湮滅，並按照質能方程100%地釋放能量，能量載體一般為光子和中微子等等，其中每個碳原子釋放能量為：

△E=mc^2=1.9927*10^-26*（3*10^8）^2≈1.8*10^-9焦耳；

這是一個非常小的能量值，但是對於一個碳原子來說，能量還是不可小覷的；如果這些能量全部轉化為波長500nm的可見光，那麼光子數目為450億個。

質量為一克的碳原子，擁有n=1/12mol=5*10^22個碳原子，如果這一克碳原子100%轉化為能量將是：

E=n*△E=9*10^13焦耳；

比廣島原子彈（約8*10^23焦耳）釋放的能量還高，可見在普通物質當中，都蘊含著巨大的能量，只是要把這部分能量釋放出來是非常困難的。

原子彈中的質量虧損率不到0.1%，氫彈中的質量虧損率大約為0.7%，即便如此，一座核電站每年只需要幾噸的鈾材料，就足夠全年的發電需求。

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艾伯史密斯

這個問題很有意思，我可以嘗試著回答一下。

原子的質量要怎麼衡量？答案是“原子質量單位”，這個質量大致相當於一顆質子的質量，定義為靜止、未鍵結並且處於基態的碳12原子質量的1/12，單位是1u。【碳12原子如下圖所示】

1u的質量換算成標準質量大概是1.66*10^(-27)kg。而把這點兒質量完全轉化成能量就要利用到愛因斯坦的質能方程：E=mc^2了，其中m是質量，c是光速。光速的大小約為3*10^8m/s，所以乘起來之後，1u質量產生的能量大概是1.5*10^(-10)J。

但是，這個是基本的能量單位，我們還要轉換成電能單位，一度電就是1kWh，大概是3600000J。

所以最終我們可以得到，1u的質量產生的電大概是4*10^（-17）度電。

當然了，一個原子的質量，根據不同的原子，可能質量從1u到幾百u不等，但是就算是幾百u那麼大的一顆原子，產生的電能恐怕都沒有0.000000001度電。但是既然要算能夠讓電動車移動多遠，我們不妨算算看。

首先，我們拿小米電動滑板車作為研究對象【如下圖所示】，這個電動滑板車的電池容量為474Wh，可以走45公里那麼遠。

我們假設把一顆鈾235原子全部轉化成能量，大概可以充滿這個電動車電池的1/（5*10^13），實在是少的可憐，然後算成距離，那麼大概可以使電動車前進9*10^(-10)m，如果再粗略一點兒，是大概1納米。

所以，如果我們把一顆鈾235原子轉換成能量，可以驅動一臺電動車前進1納米。這就是這個問題的答案。

航小北的日常科普

很有意思的一道問題，一個原子完全轉化為能量，聯想到愛因斯坦的質能方程E=mc^2，其中c是光速，數值為3*10^8，這是一個很大的數了，按理說只需一點點物質就能釋放出巨大的能量。

但問題是現在只有一個原子的質量，就以鐵原子為例，它的質量為9.3*10^-26千克（原子的質量可以認為是由其內部的質子和中子數決定的），請注意是負的26次方，也就是說一個鐵原子完成轉化為能量，僅僅只有8.37*10^-9次方焦耳。

這是一個什麼概念呢？讓我們先來看看一度電有多少焦耳，一度電也就是一千瓦時，因為一瓦等於一焦耳/一秒，因此一千瓦時=1000*3600=3600000焦耳。

這時我們再來看看一個鐵原子轉化成的能量，只有一度電的0.00000000000023%

很顯然，一個鐵原子能提供的能量實在是太少了，電動車輪子基本上是轉不起來的。

如果是一摩爾鐵原子，那麼它的質量差不多就有56克，完全轉化為能量就比較可觀了。

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賽先生科普

假定是有這麼一個原子可以轉化成能量，不考慮需要先加以十倍以上的能量才能實現，單就這個原子本身產生的能量究竟有多大？

以下為不負責任的瞎說

作為光桿原子無法產生能量，按物質可以無限切分的假想為基礎，不排除原子這個元素仍能繼續切分下去，發現更更微小的大千世界。單就單個原子本身無法產生或轉化成能量。能量是原子捕獲其它原子或質子電子產生運動後的產物。不同的元素與捕獲不同數量的電子後產生的能量也不相同。

如果把電子作為催化劑，通過增加與剝奪電子的方式促使原子不斷釋放能量，只計算原子能來考量，則可以形成永動機模式。在此條件下只實現了能量的無限循環，就算產生了一萬倍的能量，也只能推動一萬個同種原子原地震動一下，循環後也只是原地不停的震動，因為沒有對這個原子施加方向。

如果有20克的原子通過外力方式被施加方向後產生的能量就可以使200千克的電動車持續的運轉下去。

事實上沒有一個核電廠的補給是無法實現這種原子能的提取。

題目有畸義，我認為應是充分利用原子釋放的能量能使電動車跑多遠？假借水分子的氫氧轉換，以前有一個說法是，如能充分使用一杯水的能量，可使瓦特的那條船從歐洲開到美洲。

夢景仙

一個原子完全轉換成能量能讓一輛電瓶車跑多遠？

質量完全轉換成能量方式只有正反物質湮滅，當然我們並不關心是如何實現，只是來計算下如此高效率的轉換下，一個原子的質量徹底轉換成能量會有多大？我們就以一個鈾原子的質量為例來簡單計算能量：

我們從上文中可以瞭解到U的相對原子質量為238.02891，那麼它的絕對原子質量是多少呢？說到這裡我們不得不提一下題外話：

絕對原子質量：即可一個原子的實際質量，比如氧原子的質量是2.657×10^-26kg，鐵原子的質量是9.288×10^-26kg！

相對原子質量：看到這種原子實際質量科學計數的數字頭都有點大了！因此引入了相對原子質量的概念來輔助記憶：碳原子12C的質量是1.9927×10^-26kg，它的1/12為1.6606×10^-27kg為比例，計算原子的相對原子質量，即可：

相對原子質量=原子質量/（C12的質量*1/12）

因此一個鈾原子質量：238.02891×1.6606×10^-27kg=3.95270807946e-25kg

有了質量之後，計算能量就很簡單了，因為不是湮滅，也不是裂變，只是假設的單個鈾原子徹底轉換成能量！

是時候祭出愛因斯坦的質能轉換公式了：

E=3.95270807946e-25kg*C^2=3.553×10^-8J

那麼電動車需要多大的能量來推進呢？一般普通小型電動車的電機功率為300W，高的是500-800W，甚至有1000-1200W的！那麼300W是個多大的概念呢？

1W/H=1W×3600s=3600J

那麼300W的功率在1S之內輸出至少也要300J/S，即使平路上需要有個幾十個焦耳/S才能推進電動車！因此這個能量實在小得有些超出意料之外，不過這也沒什麼，原子已經是能支持元素的最小單位了，再往下到了質子中子就無法區分元素了，因為所有的物質都是由不同的質子數和中子數還有核外電子數構成的！理論上一克鈾有：

N=1克/3.95270807946e-25kg=2.54×10^21個鈾原子！

如果一克鈾徹底轉換成能量的話（注意是徹底質能轉換）：89887740975938.55J

一噸TNT的能量約為：4184000000J

那麼約合：21483.7噸TNT

不要看一個原子的能量不大，甚至連電動車的摩擦力都克服不了！但天文數字般的原子加在一起，其能量非常龐大的！再提一句題外話，廣島原子彈的爆炸當量即2萬噸左右，它大約有1KG的鈾裝藥發生了裂變，產生了1g的質量虧損！其結果大家都知道了！

星辰大海路上的種花家

質能轉化並不是100%完全轉化，所以一顆原子不可能100%完全變成能量。故而，不如這樣問，物質的靜質量虧損為一個原子的質量時，釋放的能量有多少？可以驅動一個電瓶車跑多遠？

也就是說，即便是最大的原子轉變為能量，得到的也不到1J。而這麼小的能量，就連電動車的摩擦力都克服不了，更別說驅動電動車移動了。

所以，如果按照題主問的回答，就是即便一個原子的質量完全轉化為能量，也不會驅動電動車移動任何距離的！

現在的電動車一般充滿電需要0.6度電，即2160000J。如果是這樣的話，想要把電動車充滿電，需要5*10^12，即5萬億個氣奧原子全部轉化成能量才行。

科學探秘頻道

這個問題我之前計算過，一個原子100%釋放的能量很低，根本不足以讓汽車克服摩擦力。

我們先以最簡單的氫原子威力。

題目中說一個原子徹底轉化成能量，那就要求氫原子必須和反氫原子湮滅，因為僅僅靠氫原子的質量虧損並不能達到100%的質量與能量轉化。

正反物質的湮滅很好計算，直接按照愛因斯坦得質能方程式計算就行。

氫原子的質量為1.67×10^-27kg。

湮滅產生的總能量E＝1.67×10^-27kg×9×10^16＝1.5×10^-7J(焦耳)

而這些能量壓根就不足以啟動汽車。

接下來我們換一個現實的例子

用1毫克的鈾裂變釋放的能量計算。

1mg鈾含有6.022×10^23/(235×1000)＝2.56×10^18個原子

鈾裂變一次釋放200Mev。

1mg鈾全部裂變釋放的能量為2.65×10^18×200＝82MJ＝22.78kw•h。也就是22度電。

所以1mg鈾元素裂變才能釋放22度電。那麼一個原子裂變釋放的能量相對於人類就微乎其微。

所以在質能方程中光速的平方很大，但是原子質量很小。光速的平方在數量級是10的16次方，而原子的質量在數量級上才是10的負27次方到負26次方千克。兩者相乘，其能量在數值上還是10的負7到負6次方的數量級的焦耳能量。

所以不能因為質能方程的存在而誇大一個原子釋放的能量。

科學認識論

這個問題有意思：

澄清一下概念吧：

原子，存在於粒子生態體系。

二，能量，是物質運動過程中呈現出來的伴隨性現象，也可以說是伴隨運動過程產生出來的新物質。

三，時空中的物質運動，來自於時空中物質之間的彼此相互作用，也可以說來自於“力”的作用。

四，能量促進物質運動，其實，並沒有一個真正的能量，上面說過了 能量的運動狀態過程中的物質，也可以說是物質在運動過程中呈現出來的存在狀態，是這種狀態促成了另一個物質的運動，這也是能量促成運動的原理，通俗的說就是“因為A一直在動，所以A帶動或促成了B的運動。

五，所謂一個原子完全轉化成能量，這是指這個原子在運動過程中徹底性的“自身完全消失或與其他原子結合成新的運動狀態中的物質了”。

其六，粒子生態體系與時空生態體系是兩個屬性截然不同的生態體系，一個原子即使全身心的死而後已也促成不了一個時空生態體系的物質“動起來”。

北京得明

這很簡單，不考慮怎麼完全轉換成能量，只要知道一個原子的質量，就能用質能方程兌換出它完全轉化成能量的多少了。

現在我們考慮最輕的原子，氫原子的質量——1.674x10^(-27)千克，小吧，這種質量對應的能量，實際上並不大，用質能方程計算一下，其中c為光速，取值為299792458。

這樣算出來的能量，只有2×10^（-10）J。

這麼點能量能幹什麼？這麼跟你定性的說，成年人每走一步需要耗費0.2J的能量，這點能量大多用在克服地面摩擦力，推動人向前走，這是一個簡單的相互作用，要是地面沒有摩擦力，你有多大的力也走不動使不上的。

而推動一輛電瓶車，首先克服的也是摩擦力，這個的摩擦力需要的能量也是差不多這個量級，總之比一個氫原子完全轉化成能量大了10億倍到多，這意味著需要10億的氫原子完全轉化成能量才能讓你的電動車運動起來，需要繼續行駛還得繼續增加，才能提供持續的能量克服摩擦力做功讓你的電動車繼續前進。

換大的原子也如此，畢竟原子的質量都基本在一個量級，而10億顆氫原子聽起來很多，實際上一滴水裡含有至少1萬億億的氫原子，所以如果把一滴水完全轉化成能量，別說一輛電瓶車，1000輛電動車也能驅動跑上幾個世紀。

關鍵字: 科學 外賣 電瓶車