能量就是做功的本領。
做功就是能量的轉換。當妳用力移動壹個物體時,妳就做了功。妳做功的多少就是物體獲得的能量的大小。
動能
重力勢能
彈性勢能
引力勢能
2.能量的科學定義
E=mc2
E=mc2 這壹質能關系式是德國物理學家愛因斯坦在1905年創立的狹義相對論中導出的。這壹公式揭示了物質與能量的聯系,壹個靜止物體它內部也有能量,就等於其質量與光速平方的乘積,由於c2是壹個很大的數字(c2 =9×1016m2/s2),所以壹個很小質量的靜止物體可以蘊藏著極大的能量。
E=mc2 可能是物理學中最簡單的壹個公式。然而正是這壹公式,為人類利用核能奠定了理論基礎,從而開創了壹個利用核能的新時代。
3.能的守恒與耗散
3.1能量守恒定律
我們知道能量有各種形式,各種形式的能量可以在壹定條件下相互轉化。這反映了自然界各種現象都不是孤立的,而是相互聯系的。
經焦耳等壹系列科學家的長期探索研究,特別是當人們了解到熱能與機械功的轉換關系後,發現任何形式的能量在轉化過程中,能量的總量保持不變。能量既不會消滅,也不能創生,它只會從壹種形式轉化為另壹種形式,或從從壹個物體轉移到另壹個物體。這就是能量轉化與守恒定律。在熱功轉換的範圍內稱熱力學第壹定律。
能量守恒定律是十九世紀人類確立的自然界最普遍的規律之壹。
3.2能的耗散與熵
既然能量守恒,不可創造,也不會消滅。那麽天然能源如煤、石油卻越用越少,甚至出現了所謂的“能源危機”,這又是為什麽?這些能源釋放出來的能量又到哪裏去了呢?
要回答以上問題,我們除了知道能量守恒的壹方面,還必須了解能量轉化及傳遞上存在方向性的另壹面。
3.2經過科學家克勞修斯和湯普遜的總結與研究得出結論:
熱量只能自發地從高溫向低溫傳遞,而不可能自發地從低溫向高溫傳遞;機械能可以全部轉化為熱能(內能),但熱能不可能全部轉化為機械能。即自然界壹切與熱現象有關的宏觀過程,都是不可逆的。這稱為熱力學第二定律。
由於任何形式的能量都可以轉化為熱能(內能),但由於熱傳遞或熱功轉換的單向性,這部分轉化為熱能的能量再也不能回復到原來的做功的狀態了,也就幾乎不再有什麽利用價值了。
科學家把能量以熱的形式散發到周圍空間而無法再繼續做功的現象稱之為能的耗散。在能的轉化過程中,能的耗散是不可避免的。
這就是為什麽能量守恒,能源是不守恒的道理。
3.3物理學家在定量表述熱力學第二定律時,引入了壹個物理量稱為熵。熵是不能再被轉化做功的能量的量度,熵的大小是無效能量的大小。
在壹切實際過程中,能量總是守恒的,但能量可以利用程度卻總是不斷降低,即有效能量不斷減少,無效能量不斷增加。無效能量亦稱為退化的能量,或能量“貶值”了,用熵表示即熵增加了。這樣熱力學第二定律可以表示為:自然界的自發過程都是熵增過程,或者說是能量“貶值”的過程。
●關於熵的微觀定義及有序與無序
●永動機
●熱寂說
●暗能量
4.能量的起源與終結
宇宙能量從哪裏來?這是能量的起源問題
現代宇宙學,即大爆炸學說認為宇宙起源於壹次“大爆炸”,能量從“無”到“有”,從真空中來,大爆炸釋放出了1068焦耳的能量。
“免費午餐”理論
能量從無到有是違反能量守恒,免費午餐理論認為宇宙創生出這麽多物質能量E=mc2是正的,但它們之間的引力能是負的,兩者正好抵消,整個能量還是零。
宇宙從“大爆炸”(Big bang)開始,也可能在壹次“大塌縮”(Big Crunch)中毀滅。