根據動能定理,運動的物體如受到阻礙而減速直到停止以前,物體就會對障礙物做功。所作的功的量等於物體原有動能的量。因此可以說,動能是物體由於運動而具有的做功能力。例如高速飛行的槍彈具有動能,所以打到鋼板上能對鋼扳做功而穿入;捶到鍛件上的鐵錘具有動能,所以能對鍛件做功而使它變形。
物質發生化學變化(化學反應)時釋放或吸收的能量。其本質是原子的外層電子變動,導致電子結合能改變而放出的能量。正負電子對湮沒成光子,就是電子的靜能轉換成光子的能量。
物質內部原子分子熱運動的動能,溫度愈高的物質所包含的熱能愈大。熱機是膨脹的水蒸氣把它的熱能變成了熱機的動能。
原子核核心子的結合能,它可以在原子核裂變或聚變反應中釋放出來變成反應產物的動能。因此,當物體靜止時也具有能量。物質的能量、質量這二者是密切相關的。原子核的質量比組成它的核子的總質量小,即自由核子結合成原子核時有能量釋放出來,這能量稱為原子核的結合能。比結合能(原子核中平均每核子的結合能)低的重核裂變成比結合能高的較輕核,或幾個比結合能低的輕核聚合成一個比結合能高的較重核,所釋放的能量就是原子能。
人們根據大量實驗確認了能量守恆定律,即不同形式能量之間相互轉換時,其量值守恆。焦耳熱功當量實驗是早期確認能量守恆定律的有名實驗,而後在宏觀領域內建立了能量轉換與守恆的熱力學第一定律。康普頓效應確認能量守恆定律在微觀世界仍然正確,後又逐步認識到能量守恆定律是由時間平移不變性決定的,從而使它成為物理學中的普遍定律(見對稱性和守恆律)。在一個封閉的力學系統中,如果沒有機械能與其他形式能量之間相互轉換時,則機械能守恆。機械能守恆定律是能量守恆定律的一個特例。
第四百一十五章能量(二)
能量是物理學的基本概念之一,從經典力學到相對論、量子力學和宇宙學,能量總是一個核心概念。
在一般常用語或科普讀物中能量是指一個系統能夠釋放出來的、或者可以從中獲得的、可以相當於做一定量的功。比如說1千克汽油含12千瓦小時能量,是指假如將1千克的汽油中的化學能全部施放出來的話可以做12KWh的功。
能量是物理學中描寫一個系統或一個過程的物理量。一個系統的能量可以被定義為從一個零能量的狀態轉換為該系統現狀的功的總和。一個系統有多少能量在物理中並不是一個確定的值,它隨著對這個系統的描寫而變換。人體在生命活動過程中,一切生命活動都需要能量,如物質代謝的合成反應、肌肉收縮、腺體分泌等等。而這些能量主要來源於食物。動、植物性食物中所含的營養素可分為五大類:碳水化合物、脂類、蛋白質、礦物質和維生素,加上水為六大類。其中,碳水化合物、脂肪和蛋白質經體內氧化可釋放能量。三者統稱為“產能營養素”或“熱源物質”。
能量守恆定律表明能量不會憑空產生,也不會憑空消失,只能從一種形式轉化為另一種形式,而能的總量保持不變。能量是標量,不是向量,沒有方向。至於正物質與反物質並不是說質量有正負,而是原子核的電性相反,相遇後質量轉化為能量。任何運動都需要能量。能量的形式有許多種,例如光能、聲能、熱能、電能,機械能、化學能、核能等。舉一個例子,觀察一個質量為1Kg的固體的能量:
在經典力學中,其能量就是從靜止加速到現有速度所作的功的總和。
在經典熱學中,其能量就是從絕對零度加熱現有溫度所作的功的總和。
在物理化學中,其能量就是合成這個固體時對原料加入的功的總和。
在原子物理中,其能量就是從原子能為零的狀態對它做功達到現有狀態的功的總和。
還可以用相反的方法來定義這個固體所含的能量。舉兩個例子:
該固體的內能是將它冷卻到絕對零度所釋放出來的功的總和。
該固體的原子能是將其結合能在原子核裂變或聚變反應中釋放出來變成反應產物的動能。
能量雖然是一個常用和基本的物理概念,同時也是一個抽象的物理概念。
事實上,物理學家一直到19世紀中才真正理解能量概念,在此之前常常與力、動量等概念混淆。
人體的能量需要量是指機體能長期保持良好的健康狀況,具有良好的體型、機體構成和活動水平的個體,達到能量平衡並能維持從事生產勞