Albert Einstein sa i sin speciella relativitetsteori att massa och energi är likvärdiga och kan omvandlas till varandra. Här kommer uttrycket E = mc ^ 2 från, där E står för energi, m står för massa och c står för ljusets hastighet. Detta är grunden för kärnenergi, där massan i en atom kan omvandlas till energi. Energi finns också utanför kärnan genom att subatomära partiklar hålls ihop av den elektromagnetiska kraften.

Elektronenerginivåer

Energi kan hittas i elektronens orbitaler av en atom, som hålls på plats av den elektromagnetiska kraften. Negativt laddade elektroner bana en positivt laddad kärna, och beroende på hur mycket energi de har, finns de i olika orbitalnivåer. När vissa atomer absorberar energi, sägs deras elektroner vara "upphetsade" och hoppa till en högre nivå. När elektronerna faller tillbaka till sitt ursprungliga energiläge kommer de att avge energi i form av elektromagnetisk strålning, oftast som synligt ljus eller värme. Dessutom, när elektroner delas med de hos en annan atom i processen med kovalent bindning, lagras energi i bindningarna. När dessa bindningar bryts, frigörs energi, oftast i form av värme.

Kärnkraft

Den största delen av den energi som finns i en atom är i form av nukleär massa. Kärnan hos en atom innehåller protoner och neutroner, som hålls samman av den starka kärnkraften. Om den kraften skulle förstöras skulle kärnan riva ihop och släppa en del av sin massa som energi. Detta kallas fission. En annan process, känd som fusion, äger rum när två kärnor kommer samman för att bilda en mer stabil kärna som frigör energi i processen.

Einsteins Relativitetsteori

Så hur mycket energi lagras i kärnan i en atom? Svaret är ganska mycket, i jämförelse med hur liten partikeln faktiskt är. Einsteins speciella relativitetsteori innehåller ekvationen E = mc ^ 2, vilket innebär att energin i materia motsvarar sin massa multiplicerad med ljusets fyrkant. Specifikt är massan av en proton 1,672 x 10 ^ -27 kg, men den innehåller 1,505 x 10 ^ -10 joules. Detta är fortfarande ett litet antal, men när det uttrycks i verkliga termer blir det enormt. Den lilla mängden väte i en liter vatten är till exempel ca 0,111 kg. Detta motsvarar 1 x 10 ^ 16 joules, eller den energi som produceras genom att bränna en miljon liter bensin.

Kärnkraft

Eftersom omvandlingen av massa till energi ger en så svindlande mängd energi från relativt små massor, detta är en frestande bränslekälla. Att få reaktionen att ske under säkra och kontrollerade förhållanden kan dock vara en utmaning. De flesta kärnkraften kommer från urladdning av uran till mindre partiklar. Detta orsakar inte förorening, men det producerar farligt radioaktivt avfall. Kärnkraft står dock för lite mindre än 20 procent av USA: s kraven