能量的單位和功的單位是壹樣的,在國際單位制中是焦耳(J)。在原子物理、核物理、粒子物理等領域。,常用電子伏特(eV)為單位,1電子伏特= 1.602,18× 10-19焦耳。在物理學領域,也用erg作為能量單位,1 erg = 10-7焦耳。
能量以許多不同的形式存在;根據物質運動形式的不同,能量可分為機械能、化學能、熱能、電能、輻射能、核能、光能、潮汐能等。這些不同形式的能量可以通過物理效應或化學反應相互轉化[1]?。各種領域也有能量。
能量的本質是物理意義上的四維空間測量的物理量,還有三維空間測量的物理量——動量,二維空間測量的物理量——質量等等。都是物質在不同維度的物質屬性。詳見物質四維空間與能量本質。
力學中的能量
動能是物體因其機械運動而擁有的能量,其質量為
物體的速度
當運動時,它的動能
用於:
動能的概念最早是由G.W .萊布尼茨提出的;他稱之為魔法,並將其定義為
它正好是現在動能定義的兩倍。
根據動能定理,如果壹個運動的物體減速直到停下來,它就會對障礙物做功。做功的量等於物體的原始動能。所以可以說動能是物體因運動而做功的能力。比如高速飛行的子彈有動能,可以對鋼板做功,穿透鋼板;敲擊鍛件的錘子有動能,所以可以對鍛件做功,使鍛件變形。
以角速度
剛體繞固定軸旋轉的動能為:
其中I是剛體繞旋轉軸的轉動慣量。當剛體在平面內運動時,其動能為:
其中m是剛體的質量,
是質心的速度,
是剛體對質心軸的轉動慣量,
是剛體的角速度。上面的公式可以解釋為:剛體平面運動的動能等於剛體以質心速度平移的動能和剛體相對於質心軸旋轉的動能之和。
剛體繞固定點旋轉的動能為:
在最壹般的剛體運動中,它的動能是:
能量勢能
勢能是指物體(或系統)因其位置或構型而擁有的能量。比如打樁機的錘子舉到頂上是有勢能的,所以落下來可以增加它的動能對外做功,把樁打入土中;開弓有勢能,所以當它釋放能量時,確實對箭做功,射向目標。
壹個物體(或系統)的勢能只能針對所選的初始構型進行計算。壹個物體在特定構型下的勢能,在量上等於當物體從初始構型變為沒有加速度的這個構型時,外界為克服物體的阻力所做的功,即物體在這個過程中的阻力所做的功為負。假設物體受到壹個力F的作用,那麽微位移dr的元素功為F Dr,如果把零點作為零勢能位置,物體在m點所具有的勢能。
用於:
還指出作用在系統上的力必須是像重力和彈力壹樣的可恢復力,即在壹個系統構型變化的周期中,力的功等於零,公式如下:
滿足上述條件的力稱為保守力。這樣,系統的勢能只取決於初始和最終的位置或構型,與變化過程中的方式無關。因此,等式(6)中的積分路線可以采用從點O到點M的任何曲線..非保守力(比如摩擦力)沒有勢能。以下是壹般力學中三種常見的勢能:
能量重力勢能
重力是壹種保守力。對於質量為m的物體,重力為mg(g=9.80665 m/s為重力加速度)。如果選擇地面作為零勢能位置,則物體在該高度的重力勢能為:
更嚴格地說,這是物體與地球組成的系統的勢能(圖1)。
重力勢能
當物體與地心的距離r較大時,必須考慮重力隨距離的變化(圖2)。質量為m的物體的重力是多少
公式
是地球的質量;G=6.673×10米/(千克秒),這是引力常數。勢能可以由等式(6)計算如下:
公式
=6.371×10米,這是地球的半徑。零勢能的位置還在地球表面。
任意兩個物體之間也有引力勢能。例如,質量為m1和m2的兩顆可視為粒子的恒星的引力勢能為
其中r是兩顆星之間的距離。
能量彈力勢能
當彈簧變形時,作用在外部的彈力F的大小及其變形
成正比,
(胡克定律),k是彈簧剛度(圖3)。彈力也是壹種保守力。如果將彈簧未變形時的自然狀態視為零勢能配置,則變形時的勢能由公式(6)計算如下:
化學能
物質經歷化學變化(化學反應)時釋放或吸收的能量。比如幹電池、蓄電池的放電就是化學能轉化為電能;給電池充電時,電能轉化為化學能[1]?。其本質是原子外層電子變化釋放的能量,導致電子結合能的變化。正負電子對湮滅成光子,即電子的靜態能量轉化為光子能量[2]?。
能量熱能
物質中原子和分子熱運動的動能,溫度越高,物質中所含的熱能越大。熱機就是膨脹的蒸汽把自己的熱能變成熱機的動能[1]?。
能量電能
由於電的作用,正負電荷之間的勢能可以用電場的強度來表示。真空中的電能密度(每單位體積的電能)為電場能量密度w = E2/2;介質中的電能密度w = e d/2,其中d為電位移矢量,e為電場強度。電能的提取是將電勢能轉化為帶電粒子的動能,如導體中的電流或加速器中的帶電粒子束。磁能是指磁場能量,磁能密度w = h b/2,其中h為磁場強度,b為磁感應強度。電能密度和磁能密度之和就是電磁能密度(電磁場能密度)w = (e d+h b)/2 [1]?。
能量輻射能量
指光和電磁波的能量(光子能量)[1]?。
能源核能
核子在核內的結合能,在核裂變或聚變反應中可以釋放成反應產物的動能[1]?。根據狹義相對論,物體的質量m和能量E之間存在質能關系,E=mс2(с是真空中的光速)。因此,壹個物體在靜止時也有能量。物質的能量和質量密切相關。壹個原子核的質量小於其組成原子核的總質量,即當壹個自由原子核結合成壹個原子核時,釋放出能量,這種能量稱為原子核的結合能。結合能(壹個原子核中每個核的平均結合能)較低的重核裂變形成結合能較高的較輕核,或者幾個結合能較低的輕核聚合成結合能較高的較重核,釋放的能量就是原子能。
希望能幫妳解惑。