정지에너지

정지된 에너지(1980) 마리나 아브라모비치와 울라이

정지에너지(rest energy)는 물체가 정지하고 있을 때 고유로 가지고 있는 에너지양을 뜻한다. 운동하지 않고 정지하여 있기 때문에 오로지 질량에만 관계되며, 따라서 정지질량에너지라고도 부른다. 아인슈타인의 상대성 이론에 의해 증명되었고, 식은 다음과 같다. E=mc². (m=정지한 물체의 질량, c=빛의 속도) 정지해 있는 물체는 이만큼의 에너지를 고유하게 가지고 있으며, 운동을 하거나 다른 현상을 발생시킴에 따라 운동, 빛, 소리, 열 등의 다양한 에너지로 변환한다. 결국 상대성이론은 물체의 질량과 에너지는 상호변환이 가능하다는 이론적 발견을 한 것이다. 이를 통해 질량을 가진 원자핵을 분열해 막대한 원자력 에너지를 발생시키는 핵분열 과정을 발견하였다.

상세

정지에너지는 특수상대론에서 어떤 물리계에 대해 기준틀에 상관없이 항상 같은 값인 상대론적 에너지이다. 불변 에너지라고도 하며, 정지질량, 불변 질량과 같은 개념이다.

아인슈타인의 상대성이론에 따라 어떤 상호작용이나 운동도 하지 않는 물체라도 그 물체가 갖는 질량은 어느 정도의 에너지가 존재함을 의미한다. 질량과 에너지는 서로 전환될 수 있으며, 전환된 후에 에너지가 방출되면 물체는 정지에너지보다 적은 에너지를 갖게 된다.

아인슈타인의 상대성이론에 따르면 질량은 에너지의 한 형태이다. 어느 한 물체가 정지하고 있든지 또는 다른 어떤 상호작용을 하지 않더라도 그것은 에너지 그 자체이다. 이것을 정지에너지라고 한다. 어떤 물체에 에너지를 가하면 질량이 증가한다. 또한 반응 후에 질량이 줄어들면 그 결손양만큼 에너지로 변환되어 방출된다. 이를 질량-에너지 등가원리라고 한다. 이 원리에 따르면 핵폭발을 설명할 수 있다. 무거운 원자핵이 쪼개지면 질량결손이 일어나 에너지를 방출하게 되는 것이다.

아인슈타인의 상대론적 역학에 의하면 물체의 질량 m은 속도에 따라 변하며, 그 에너지는 mc2(c는 진공 속 광속도)과 같다. 질량 m의 속도에 따른 변화는

    m/√1－v²/c² ≒m(1＋12v²/c²＋……)

로 표시한다. 이 식에 c²을 곱하면 우변의 제1항이 정지에너지 mc²이고, 제2항은 운동에너지 12mv²이 된다. 이 식에서 보면 정지에너지는 일종의 부가항(附加項)으로서 에너지의 원점을 이동시키는 외에는 직접적인 의미가 없다. 그러나 핵반응이나 소립자반응의 경우, 구성입자 간 결합에너지의 변화에 따라 정지에너지의 변화가 상대론적 효과로서 나타난다.

움직이는 물체에 대해서 상대론적인 전체 에너지는 정지질량에 의한 기여 외에 운동에너지가 추가되어

로 주어진다. 따라서 일반적으로 운동량이 0이 아닌 경우, 정지에너지는 로 계산할 수 있다. 참고로, 상대론적 에너지는 운동 속도가 광속에 비해 작은 경우 위에 언급된 식에서 테일러전개하면

으로 되어, 앞의 두 항만 보면 정지에너지와 고전적 운동에너지의 합으로 근사할 수 있다.

특수상대론에서 운동량 벡터는 상대론적 에너지와 함께 4-벡터를 이룬다. 다른 기준틀 사이에서의 4-벡터는 로런츠변환으로 연결되어 그 성분들은 값이 달라지지만 4차원 내적 값은 달라지지 않는다. 정지에너지는 에너지·운동량 4-벡터의 불변량에 해당한다.

여러 입자로 이루어진 계에 대해서는 질량중심의 운동량이 0인 기준틀에서의 에너지가 정지에너지이다. 다시 말해, 여러 입자로 이루어진 계에 대해 전체 운동량이 0이라면 각 입자의 상대론적 에너지의 총합이 정지에너지가 된다.

참고자료

• 〈정지 에너지〉, 《사이언스올》
• 〈정지에너지〉, 《두산백과》
• 〈정지에너지〉, 《물리학백과》

같이 보기

• 원자력에너지
• 상호작용

이 정지에너지 문서는 에너지에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 건설, 유통, 서비스, 에너지 □■⊕, 전기, 소재, 원소, 환경, 직업, 금융, 금융사 에너지 SMR • 가속운동 • 가시광선 • 가열 • 각속도 • 감마선 • 감속운동 • 강력 • 고압 • 고온 • 고전역학 • 관성력 • 관성모멘트 • 광선 • 광속 • 광전자 • 광전효과 • 광합성 • 기압 • 냉각 • 냉방 • 뉴턴 • 대류 • 대체에너지 • 동력 • 동력원 • 라디오파 • 마이크로파 • 마찰 • 마찰계수 • 마찰력 • 마찰에너지 • 만유인력 • 만유인력의 법칙 • 무중력 • 물리에너지 • 바이오에너지 • 발열 • 발화 • 방사선 • 방열 • 베타선 • 복사 • 복사선 • 복사에너지 • 부력 • 불 • 블루에너지 • 빛 • 빛에너지 • 삼투압 • 생물에너지 • 석유에너지 • 석탄에너지 • 섭씨 • 소리에너지 • 소수력 • 속력 • 수력 • 수력에너지 • 수소에너지 • 수압 • 수열 • 수열에너지 • 수직항력 • 신생에너지 • 신에너지 • 신재생 • 신재생에너지 • 알짜힘(합력) • 알파선 • 압력 • 압축응력 • 약력 • 양극선 • 양자역학 • 에너지 • 에너지밀도 • 에너지보존법칙 • 에너지원 • 에너지 효율 • 엑스선 • 엔트로피 • 역반응 • 역파장 • 역학적 에너지(기계에너지) • 열 • 열대류 • 열량 • 열복사 • 열분해 • 열에너지 • 열역학 • 열전도 • 열전도도 • 열전도율 • 열팽창 • 열팽창계수 • 열효율 • 온도 • 왕복에너지 • 왕복운동 • 운동에너지 • 원운동 • 원자력 • 원자력에너지 • 위치에너지 • 음극선 • 응력 • 인공태양 • 인장응력 • 인화 • 입자선 • 자외선 • 자유낙하 • 작용 • 재가열 • 재생에너지 • 저온 • 저압 • 적외선 • 전기에너지 • 전도 • 전자기력 • 절대온도 • 정반응 • 정지에너지 • 조력 • 조력에너지 • 조류에너지 • 줄 • 줄의 법칙 • 중력 • 중력에너지 • 지열 • 지열에너지 • 직사광선 • 직선운동 • 진동 • 진동에너지 • 진자 • 진자운동 • 천연에너지 • 청정에너지 • 친환경에너지 • 칼로리 • 탄성 • 탄성에너지 • 태양 • 태양광 • 태양광에너지 • 태양에너지 • 태양열 • 태양열에너지 • 텐서 • 파동 • 파력 • 파력에너지 • 파워 • 파장 • 폐기물에너지 • 폭발 • 풍력 • 풍력에너지 • 풍압 • 항력(드래그포스) • 해양에너지 • 핵반응 • 핵분열 • 핵분열에너지 • 핵붕괴 • 핵에너지 • 핵융합 • 핵융합에너지 • 화력 • 화씨 • 화학 • 화학에너지 • 회전 • 회전수 • 회전에너지 • 회전운동 • 흡열 • 힘 발전 교류발전기 • 마이크로 수력발전 • 물레방아 • 박테리아 발전소 • 발전 • 발전기 • 발전소 • 변전소 • 비상발전기 • 소수력발전 • 소수력발전소 • 소형모듈원전(SMR) • 수력발전 • 수력발전소 • 원자력발전 • 원자력발전소 • 조력발전 • 조력발전소 • 조류발전 • 조류발전소 • 지열난방 • 지열발전 • 지열발전소 • 직류발전기 • 태양광발전 • 태양광발전소 • 태양광패널 • 태양열발전 • 태양열발전소 • 파력발전 • 파력발전소 • 풍력발전 • 풍력발전소 • 풍차 • 해양 온도차 발전 • 핵융합발전 • 핵융합발전소 • 화력발전 • 화력발전소 • 회전축 연료 CNG • LNG • LPG • 가스 • 가스충전소 • 가연성 • 갈탄 • 개질수소 • 경유(디젤) • 경질유 • 고급휘발유 • 고압가스 • 고체연료 • 그레이수소 • 그린수소 • 기체연료 • 나무 • 난방연료 • 두바이유 • 등유 • 땔감 • 면세유 • 무연탄 • 무연휘발유 • 바이오 • 바이오가스 • 바이오디젤 • 바이오매스 • 바이오에탄올 • 바이오연료 • 방사성물질 • 배기가스 • 배출가스 • 번개탄 • 부생수소 • 분별증류 • 뷰테인(부탄) • 브라운수소 • 브렌트유 • 블루수소 • 석유 • 석유화학 • 석탄 • 셰일가스 • 셰일오일 • 수소 • 수소연료 • 수소전기 • 순도 • 숯(목탄) • 압축가스 • 액체연료 • 액화가스 • 연료 • 연료첨가제 • 연비 • 연소 • 연탄 • 오일샌드 • 오일셰일 • 옥탄가 • 용해가스 • 원유 • 유사경유 • 유연탄 • 유연휘발유 • 윤활유 • 일반휘발유 • 장작 • 점화 • 정유 • 정제 • 조개탄 • 주입 • 중유 • 중질유(中質油) • 중질유(重質油) • 증류 • 질소산화물 • 천연가스 • 천연자원 • 친환경연료 • 코크스 • 타르 • 텍사스유 • 프로페인(프로판) • 합성경유 • 핵연료 • 혼유 • 혼합가스 • 혼합기체 • 혼합연료 • 화석연료 • 화재 • 휘발유(가솔린) 위키 : 자동차, 교통, 지역, 산업, 기업, 단체, 업무, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반