一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

可以用“重量”單位來描述電能嗎?

我們都知道,電能其實是能量單位,而“斤”其實是重量單位。在日常生活中,我們一般都是用“度”來描述電,這是老百姓的用法。在物理學中,我們一般用“焦耳J”或者“瓦特W”來描述電能和電功率;用千克來描述質量。而"1斤的電能可供全世界使用多久?”乍一聽起來怪怪的,但到底是不是成立,我們還是需要從理論出發。

一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

其實這個問題的核心是,電能能不能用“斤”來描述。那我們先直接給出答案:可以

那為什麼可以呢?

質能等價

其實這個問題要從物理學的一位超神級的人物說起,他是20世紀最偉大的物理學家,他就是愛因斯坦。

一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

在愛因斯坦之前,物理學面臨著前所未有的挑戰,這個挑戰來自於光速

一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

當時的經典物理學有兩大基礎理論,分別是牛頓力學和麥克斯韋理論。但是兩者在光速的問題上是矛盾的。具體來說是這樣,麥克斯韋理論當中導出了光速的表達式,這個表達式是一個固定值,不需要參考系。而牛頓理論認為任何速度都是相對於參考系而言的。所以,在光速這個問題上,兩個經典物理學最重要的基石理論竟然是矛盾的。

一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

關鍵是,後來科學家想盡各種辦法要進行調和,結果都失敗了。也就是在這個時候,愛因斯坦橫空出世,提出了著名的狹義相對論,利用光速不變原理和相對性原理推導出了狹義相對論。狹義相對論其實並不是我們這裡的重點,不過呢,後來愛因斯坦接著狹義相對論之後,又發表了一篇論文,叫做質能等價。這篇論文當中有一篇後來我們非常熟悉的公式E=mc^2,我們也管這個方程叫做

質能方程

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而在這篇論文當中,愛因斯坦就統一了質量和能量,他認為質量和能量壓根就是一回事,是一個東西的兩個不同的面,質量當中是有能量的,能量當中是有質量的。或者我們其實可以這麼理解,物質其實就是高度壓縮的能量,而描述物質的其實是用質量來描述,也就是說質量應該和能量是對應關係,或者說等價關係。

我們常常會有個誤區,那就是在核彈爆炸的解釋上,我們常說是爆炸前後,質量轉化為了能量。實際上,這是一種轉化觀念,但並不對。原因是反應前後質量沒有損失,只是這部分質量是以能量的形式釋放出來的。

一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

如果我們把一顆原子彈放在一個理想的封閉器皿當中,這個器皿放在一個理想的秤上,器皿與外界沒有任何的物質和能量的交換,這時候我們引爆原子彈,然後觀測這個秤,這個秤按照愛因斯坦的理論應該是不會動的。所以,反應前後的質量是守恆的,能量也是守恆的,因此質能是守恆的。能量和質量是等價的關係,而不是轉化的關係。

一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

我們日常並不覺得能量有質量,是因為質量太小了,通過質量方程我們就知道,m=E/c^2,c^2=9*10^16,所以,質量m=E/(9*10^16),發現沒有,再大的能量,除以這個光速的平方,都會是很小的數,所以我們很難能感覺到光的質量,但並不是說它沒有質量。

一斤電能對應多少的能量?

同樣的電能,其實也是一種能量,它也是對應著相應的質量,也是用上文的表達式來進行計算的。一斤是0.5千克,帶入計算就可以得到E=0.5*9*10^16=4.5*10^16J。那這是多少度電呢?

我們知道,一度電應該是:3.6*10^6J。所以度數=(4.5*10^16J)÷(3.6*10^6J)=1.25*10^10度,也就是125億度

那這些電能能夠供全世界使用多長時間呢?

通過查數據我們可以知道,2018年的全球人均的用電量是3130.71°。(數據來源於世界銀行,目前還沒有2019年的。)

一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

然後,截止於2018年,世界人口總數達到了75.74億。(數據來源於世界銀行)

一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?

因此,我們就可以通過簡單的乘法:3130.71度×75.94億=23.77萬億度,一天用電就是651億度左右,一小時用電量大概是27.125億度。而上文我們也計算得到一斤電能對應的125億度,因此,我們就可以得到一斤電能大概夠用全球人民使用4.6小時

當然,我們依然可以回過頭來算一下,全球人民一年要用多少斤電能,算下來大概是1781斤左右


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