物理网博客
能量的概念
2012.08.16 12:05

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能量是度量物质运动的一种物理量。相应于不同形式的运动,能量分为机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等;能量亦简称能。

能量这个概念在物理学里面一直在发展,你可以认为这是一种运动的动力(活动的力量,vis viva),一旦开始了就无法停止下来,他能在各种物质和形式里面转换,但是这种动力的量始终不变。能量可以不用表现为物质、动能或是电磁能的方式而储存在一个系统中。当粒子在与其有相互作用的一个场中移动一段距离(需借由一个外力来移动),此粒子移动到这个场的新的位置所需的能量便如此的被储存了。当然粒子必须借由外力才能保持在新位置上,否则其所处在的场会借由推或者是拉的方式让粒子回到原来的状态。这种借由粒子在力场中改变位置而储存的能量就称为位能。一个简单的例子就是在重力场中往上提升一个物体到某一高度所需要做的功就是位能。

能量

宇宙内的能量总是守恒的。比如说你动用你身体的化学能,开始摩擦双手,双手的动能一部分让你手掌上的分子运动得更加剧烈,于是你感觉到暖了,另外温度升高的时候这又有一部分活力可以变成红外线之类的辐射发散出去。这里面涉及到运动学、热力学、电磁学、量子物理里面的过程,所有过程中都可以归算出一份活力,这个过程中所有形式的活力,加起来应该等于一开始的活力(能量),这也就是能量是守恒的观点。

在物理学中,能量(古希腊语中 ἐνέργεια energeia 意指“活动、操作”)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大自然基本力量的能力。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原因的消失。

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,这些也是功的单位。

物理学家费了许多力气去发现和保证各种形式能量的守恒,因为他们认为能量不会凭空而来也不会凭空而去。至于能量守恒有什么意义,大约可以认为人们相信所有物理规律里面有一个可以互相联系起来、守恒的东西,他的守恒代表了物理规律的不变性。

具体对能量的解释,我们来看一下费曼关于能量的看法:

There is a fact, or if you wish, a law, governing natural phenomena that are known to date. There is no known exception to this law—it is exact so far we know. The law is called conservation of energy; it states that there is a certain quantity, which we call energy that does not change in manifold changes which nature undergoes. That is a most abstract idea, because it is a mathematical principle; it says that there is a numerical quantity, which does not change when something happens. It is not a description of a mechanism, or anything concrete; it is just a strange fact that we can calculate some number, and when we finish watching nature go through her tricks and calculate the number again, it is the same.

—The Feynman Lectures on Physics

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