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能量
  • 时间:2024-12-22

Introduction

在学习任何科学分支时,你一定经常遇到“能量”这个词。即使没有太多的科学信息,你也必须了解什么是能量。一个没有科学信息的人可能会认为能量是一种使物体发挥作用的特性。例如,能源使我们的汽车发动机运转,而能源可以照亮灯泡。然而,科学的能源观比人们想象的要复杂得多,也要广泛得多。

What is Energy?

能源的科学定义如下:

能量是传递给物体的定量性质,可以通过热、光、声音等形式或功的表现来识别

这只是科学术语,普通读者可能难以理解。所以,与其把这个定义搞砸,不如让我们试着弄清楚它的含义。

首先,能量被定义为一种定量性质,这意味着它可以被测量并表示为一个数字。有很多量没有数字表示。例如,颜色不能用数字表示。然而,能量不是其中之一,你总是可以用一个数字和一个合适的单位来表达它的量。

你应该注意的第二点是,能量可以以某种形式识别,比如热和光,或者在做功时。也就是说,能量为物体提供了做某种工作的能力。事实上,这形成了一个基本的,尽管有点令人困惑的能源定义:“能源是做功的能力”。同时,能量可以被识别为热、光、声音等。因此,能量有多种形式。

以上两段是你需要了解的关于能量的内容。现在,我们将把注意力转向能源的类型。

Types of Energy

根据能量的形式,能量可以分为不同的类型。然而,最简单的能源分类如下:

Potential Energy

势能通常与物体的位置有关。例如,地球上的一个物体的引力势能随着我们从表面向上移动而增加。类似地,原子中的电子在接近原子核时具有上升的势能。另一个常见的例子是附着在弹簧上的物体的势能。

Kinetic Energy

动能与运动和速度有关。当一个物体以一定的速度运动时,它具有能量,我们称之为动能。动能的公式很简单。它被给定为$mathrm{K=frac{1}{2}mv^{2}}$

Mechanical Energy

机械能是物体势能和动能的总和。这不是一种单独的能量形式。然而,引起势能和运动的力都是在力学的概念下研究的。因此,我们有了机械能这个术语。

Thermal Energy

与热相关的能量被称为热能。它可以通过多种方式生成。例如,一个着火的物体会产生大量的热能。许多化学反应都是放热的,也会释放热能。

Sonic Energy

就像热量是能量的一种形式一样,声音也是能量。与声音相关的能量被称为声能。它是由声波携带穿过太空的,声波不能在真空中传播。

Law of Conservation of Energy

能量守恒定律是物理学最基本的定律之一。它以某种方式构成了我们在物理学中几乎所有理论和概念的基础。事实上,如果能量守恒被违反,我们所知道的关于物理学的一切都将发生剧变。以下是这条无处不在的法律的声明:

能量只能从一种形式变成另一种形式。但它永远不会被创造或摧毁

能量守恒意味着能量的恒定性。也就是说,能量要么变为不同的形式,要么保持不变。你不能从任何东西中创造能量,也不能让它消失在虚无中。

    例如,假设两个钢球正在相互靠近。没有外部影响。当它们碰撞时,它们会停下来并粘在一起。新手会说,这里有明显的能量损失,因为运动物体有动能,但它消失了。然而,由于保护法的原因,这是不可能的。你知道声音和热量是能量的形式。当两个球碰撞时,它们会发出“砰”的一声,甚至可能会升温。因此,物体的动能仅仅被转换成了声能和热能。

Uses

节能在物理学中几乎无处不在:

Problem-Solving

在各种情况下,使用能量守恒会导致比其他公式更简单的方程和更快的解。例如,当物体因重力下落时,其动能和势能可以相等,以获得有关其速度和高度的信息。

同样,在与中心力运动有关的问题中,我们可以用总能量来计算,并用更少的精力获得物体轨道的信息。

Developing Theories

通常,我们需要研究理论和假设。使用节能可以让我们对如何进行有一个想法。例如,在A和B这两种理论中,B可能会导致违反能量守恒的结果,这将使A成为进一步进行的明显且唯一的选择。

Chemistry

研究与化学反应相关的能量变化可以让我们了解反应将如何进行以及反应发生所需的条件。例如,只有当外部有热能可用时,才会发生吸热反应。

Conclusion

能量的定义很简单,就是做功的能力。这个简单的定义并不能公正地反映能源概念在每一个科学领域中的巨大用途。能量有多种形式,从机械的到热能的再到化学的。

能量守恒定律意味着能量的恒定性。简单地说,它表明宇宙的总能量是一个常数。也就是说,能量不能凭空出现,也不能消失在虚无中。它只能转变成不同的形式。这条定律使我们能够比传统公式更容易地解决物理、化学和生物学中的各种问题。

FAQs

Q1.什么是质能当量

质能等效是指质量和能量相互关联的性质。我们可以将能量转化为质量,反之亦然。这种过程的数学关系由方程$mathrm{E=mc^{2}}$给出。

Q2.能量的单位是多少

答:国际单位制的能量单位是焦耳。其他单位包括卡路里、eV、erg和kW-h等。

Q3.我们能把所有的能量从一种形式转换成另一种形式吗

答:没有。实际上,100%的效率是不可能的。我们总是会遭受某种损失,表现为热量、声音或光线。

Q4.当一个盒子滑下山时,如果我们不能创造能量,它的动能从哪里来

答:引力场中的物体具有引力势能。当它们向下滑动时,动能不会出现在任何地方。相反,势能的变化形成并表现为动能。事实上,哪里有力量,哪里就有能量。在任何系统中,力和势通过方程$mathrm{F=-frac{partial U}{partial r}}连接$

问题5.如果一个过程不违反节能,那么它一定会发生吗

答:没有。尽管遵循了节能原则,但某些工艺是被禁止的。这在热力学中最常见。