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能量(古希腊语中 ἐνέργεια energeia 意指“活动、操作”)在物理学中是一个间接观察到的物理量。它往往被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力。由于功被定义为力作用一段距离,因此能量总是等同于沿着一定的长度阻挡某作用力的能力[1]。
一个物体所含的总能量奠基于其质量,能量如同质量一般,不会无中生有或无故消失。能量就像质量一样,是一个标量。在国际单位制(SI)中,能量的单位是焦耳,但是在有些领域中会习惯使用其他单位如千瓦·时和千卡,这些也是功的单位。
特征
任何形式的能量可以转换成另一种形式。举例来说,当物体在力场中,因力场作用而移动时,位能可以转化成动能。当能量是属于非热能的形式时,它转化成其他种类能量的效率可以很高甚至达百分之百,如沿光滑斜面下滑的物体,或者新物质粒子的产生。然而如果以热能的形式存在,则在转换成另一种型态时,就如同热力学第二定律所描述的,总会有转换效率的限制。
在所有能量转换的过程中,总能量保持不变,原因在于总系统的能量是在各系统间做转移,当某个系统损失能量,必定会有另一个系统得到这损失的能量,导致失去和获得达成平衡,所以总能量不改变。这个能量守恒定律,是十九世纪初时提出,并应用于任何一个孤立系统。(其后虽有质能转换方程式的发现,但根据该方程式,亦可以把质量视为能量的另一存在形式,所以此定律可说依旧成立)根据诺特定理,能量守恒是由于物理定律不会随时间改变而得到的自然结果。
虽然一个系统的总能量,不会随着时间改变,但其能量的值,可能会因为参考系而有所不同。例如一个坐在飞机里的乘客,相对于飞机其动能为零;但是相对于地球来说,动能却不为零。
能量的转换
不同形式的能量间通常能透过工具的辅助而彼此转换,例如电池能把化学能转换成电能;水坝能把重力位能转换成动能并最终透过发电机转换成电能。相同的,在氧化反应的例子里,化学能转换成动能和热能(有时包括光能和声能)[2]。钟摆也是一例。钟摆在最高点的动能为零而重力位能为最大值,但是在最低点的动能为最大值而重力位能为最小。假设钟摆机件间没有任何摩擦力,则能量之间的转换是完美的,所以钟摆将永远保持摆荡。
视频
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参考文献
- ↑ 精品能量究竟是什么,道客巴巴,2015-02-14
- ↑ 生活中能量转化的事例,360doc个人图书馆,2019-08-22