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能量(古希臘語中 ἐνέργεια energeia 意指「活動、操作」)在物理學中是一個間接觀察到的物理量。它往往被視為某一個物理系統對其他的物理系統做功的能力。由於功被定義為力作用一段距離,因此能量總是等同於沿着一定的長度阻擋某作用力的能力[1]。
一個物體所含的總能量奠基於其質量,能量如同質量一般,不會無中生有或無故消失。能量就像質量一樣,是一個標量。在國際單位制(SI)中,能量的單位是焦耳,但是在有些領域中會習慣使用其他單位如千瓦·時和千卡,這些也是功的單位。
特徵
任何形式的能量可以轉換成另一種形式。舉例來說,當物體在力場中,因力場作用而移動時,位能可以轉化成動能。當能量是屬於非熱能的形式時,它轉化成其他種類能量的效率可以很高甚至達百分之百,如沿光滑斜面下滑的物體,或者新物質粒子的產生。然而如果以熱能的形式存在,則在轉換成另一種型態時,就如同熱力學第二定律所描述的,總會有轉換效率的限制。
在所有能量轉換的過程中,總能量保持不變,原因在於總系統的能量是在各系統間做轉移,當某個系統損失能量,必定會有另一個系統得到這損失的能量,導致失去和獲得達成平衡,所以總能量不改變。這個能量守恆定律,是十九世紀初時提出,並應用於任何一個孤立系統。(其後雖有質能轉換方程式的發現,但根據該方程式,亦可以把質量視為能量的另一存在形式,所以此定律可說依舊成立)根據諾特定理,能量守恆是由於物理定律不會隨時間改變而得到的自然結果。
雖然一個系統的總能量,不會隨着時間改變,但其能量的值,可能會因為參考系而有所不同。例如一個坐在飛機里的乘客,相對于飛機其動能為零;但是相對於地球來說,動能卻不為零。
能量的轉換
不同形式的能量間通常能透過工具的輔助而彼此轉換,例如電池能把化學能轉換成電能;水壩能把重力位能轉換成動能並最終透過發電機轉換成電能。相同的,在氧化反應的例子裡,化學能轉換成動能和熱能(有時包括光能和聲能)[2]。鐘擺也是一例。鐘擺在最高點的動能為零而重力位能為最大值,但是在最低點的動能為最大值而重力位能為最小。假設鐘擺機件間沒有任何摩擦力,則能量之間的轉換是完美的,所以鐘擺將永遠保持擺盪。
視頻
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參考文獻
- ↑ 精品能量究竟是什麼,道客巴巴,2015-02-14
- ↑ 生活中能量轉化的事例,360doc個人圖書館,2019-08-22