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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

  1. 精品能量究竟是什么,道客巴巴,2015-02-14
  2. 生活中能量转化的事例,360doc个人图书馆,2019-08-22