能量

  能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量。一个系统的能量可以被定义为从一个被定义的零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统到底有多少能量在物理中并不是一个确定的值,它随着对这个系统的描写而变换。  

能量的定义

能量
能量
  世界万物是不断运动着的,在物质的一切属性中,运动是最基本的属性,其他属性都是运动属性的具体表现。例如:空间属性是物质运动的广延性体现;时间属性是物质运动的持续性体现;引力属性是物质在运动过程由于质量分布不均所引起的相互作用的体现;电磁属性是带电粒子在运动和变化过程中的外部表现;等等。物质的运动形式是多种多样的,对于每一个具体的物质运动形式存在相应的能量形式,例如:与宏观物体的机械运动对应的能量形式是动能;与分子运动对应的能量形式是热能;与原子运动对应的能量形式是化学能;与带电粒子的定向运动对应的能量形式是电能;与光子运动对应的能量形式是光能;等等。当运动形式相同时,两个物体的运动特性可以采用某些物理量或化学量来描述和比较。例如,两个作机械运动的物体可以用速度、加速度、动量等物理量来描述和比较;两股作定向运动的电流可以用电流强度、电压、功率等物理量来描述和比较。但是,当运动形式不相同时,两个物质的运动特性唯一可以相互描述和比较的物理量就是能量,即能量特性是一切运动着的物质的共同特性,能量尺度是衡量一切运动形式的通用尺度。因此,可以对能量做出全新的哲学定义。
  能量:是用以衡量所有物质运动规模的统一的客观尺度。  

能量的表现形式与度量单位

  物质运动的一般量度。物质运动有多种形式,表现各异,但可互相转换,表明这些运动有共性,也有内在的统一的量度,即能量。能量以机械能、内能、电能、化学能等各种形式,出现在不同的运动中,并通过作功、传热等方式进行转换。能量的单位为焦、尔格、千瓦时、电子伏(特)等。
  能量在物理中的符号一般是E,其国际单位是焦耳J,量纲M*L^2*T^(-2)。除焦尔外常用的还有千瓦小时kWh和卡cal:
  1J=0.2388cal=(3.6*10^6)^(-1)kWh
  除此之外在物理中,尤其在原子物理和粒子物理中还常使用电子伏:
  1 eV = 1.602 176 462(63) ? 10-19 J  

能量的传统理解

  能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量。一个系统的能量可以被定义为从一个被定义的零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统到底有多少能量在物理中并不是一个确定的值,它随着对这个系统的描写而变换。
  能量虽然是一个非常常用和非常基础的物理概念,但同时也是一个非常抽象和非常难定义的物理概念。事实上,物理学家一直到19世纪中才真正理解能量这个概念。在此之前能量常常被与力、动量等概念相混。有一段时间里,物理学家使用过一个称为“活力”的、与能量非常相似的概念,其意思是一种使物体活泼起来(动起来、热起来)的力。英语中的能量一词energy是两个希腊词的组合:εν是“在……之中”的意思,εργοs是“功、劳动”的意思。加在一起 en-ergi 就是“加进去的功”的意思。
黑洞拥有巨大的能量
黑洞拥有巨大的能量
  在物理学中,能量是最基础的一个概念之一,从开门的经典力学到宇宙学、相对论和量子力学,能量总是一个中心的概念。
  一般在常用语中或在科普读物中能量是指一个系统能够释放出来的、或者可以从中获得的、可以相当于做一定量的功。比如说1千克汽油含12千瓦小时能量的话,那么是指假如将1千克的汽油中的化学能全部施放出来的话可以做12kWh的功。
  能量在物理中的符号一般是E,其国际单位是焦耳J。除焦尔外常用的还有千瓦小时kWh和卡cal:
  1J=0.238cal=2.78×10-7kWh
  除此之外在物理中,尤其在原子物理和粒子物理中还常使用电子伏(eV):
  1eV=1.602176462×10-19J  

能量守恒

  能量守恒定律,也称质能守恒定律或热力学第一定律,是物理学中最基本的定律之一。它指出:在一个封闭的系统中能量既不会增加也不会减少。
  虽然在物理学中不存在数学中公理的概念,但能量守恒定律可以被看作是物理学中(也许唯一的)一条公理。从20世纪中开始能量守恒定律没有被质疑过。沃尔夫冈?泡利在讨论β衰变时宁可相信世界上有一种当时物理学家还无法测量的粒子的存在而不愿放弃能量守恒定律。20年后中微子的发现证实他的信任是正确的。
  从另一个观点上来看,能量守恒定律也可以被看作是物理学中被实验最常被验证的一个定律。事实上,所有的物理实验,从中学生的第一个实验到粒子加速器、天文观察都不断地证实能量守恒定律的正确性。
  能量效率
真空能量
真空能量
  现在的能量利用效率不高(邓宇等,1994年),浪费惊人。经典的热机做功方式,能量做功的有用效率只有25%(1/4),最高也就1/3(33.3%).而100%能量中的75%(3/4)、或66.67%(2/3)都作为无用的热浪费掉了。另有意外,“班克斯热机”是利用记忆合金制成的不要燃料,不耗电力的高效发动机。
  氢能、风能太阳能海洋能生物质能和核聚变能……新能源的方式,只是能量利用多步骤中前移的一环。而被忽视,潜力巨大的发动机或做功原理、观念的革新更是未来能源开发的第一大方向!
  热机做功的原理是燃料产热=微观粒子的无序运动。这个热运动,平均说三维空间上每个方向的能量各占1/3,而热机做有用功的也就三维方向中的一个方向维度。其他二维方向上的能量只好作为废热浪费掉!
  几十年前已经开始冷落的“绝热发动机”没有象“古典热机原理”预测的那样提升发动机的效率。证明古典热力学机理模型有了问题!而且是大问题!热机出口温度与入口温度的比不是决定发动机效率的关键因素!
  “绝热”显然已经不是提高热机效率的好创意。原因何在?源自“新热力学发动机原理”!Deng's“无热发动机”。当热已经产生,无序运动已经出笼,魔兽就控制不住了!引擎的效率被这1/3或1/4极限桎梏住了。陶瓷“绝热”只是没有诊断对的“错方”,用错药就是必然。
  当旧能源(包括新能源)没有产热,新引擎100%做功才会成为可能!也就是旧、新能源微观做有序的一维的运动,发动机的效率才能回归100%,浪费的2/3或3/4能源才可引尔能发,不向或少向环境排泄废热,污染环境,节约大自然的资源!
  充分利用好旧能源,为新能源的完美浮出打好前站,做好基础!  

能量在物理中的意义

  在物理学中,能量是最基础的一个概念之一,从开门的经典力学到宇宙学、相对论和量子力学,能量总是一个中心的概念。
  一般在常用语中或在科普读物中能量是指一个系统能够释放出来的、或者可以从中获得的、可以相当于做一定量的功。比如说1千克汽油含12千瓦小时能量的话,那么是指假如将1千克的汽油中的化学能全部施放出来的话可以做12kWh的功。
能量塔
能量塔
  能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量。一个系统的能量可以被定义为从一个被定义的零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统到底有多少能量在物理中并不是一个确定的值,它随着对这个系统的描写而变换。 人体在生命活动过程中,一切生命活动都需要能量,如物质代谢的合成反应、肌肉收缩、腺体分泌等等。而这些能量主要来源于食物。动、植物性食物中所含的营养素可分为五大类:碳水化合物、脂类、蛋白质矿物质维生素,加上水则为六大类。其中,碳水化合物、脂肪和蛋白质经体内氧化可释放能量。三者统称为“产能营养素”或“热源质”。
  能量是一种客观存在,自然界的万物都是他的表现形式。与物质都存在反物质一样它也有相对的反能量。当它们相遇时系统就恢复平静了,就什么都没有了,就不存在了。
  任何运动都需要能量。能量的形式有许多如:光声热电,有机械能,化学能,热能,电能,声能等等。
  举一个例子而言,我们观察一个质量为1kg的固体的能量:
  假如我们在研究经典力学而只对它的动能感兴趣的话,那么它的能量就是我们要将它从静止加速到它现有速度所加的功的总和。
  假如我们在研究热学而只对它的内能感兴趣的话,那么它的能量就是我们要将它从绝对零度加热到它现有温度所加的功的总和。
  假如我们在研究物理化学而只对它所含有的化学能感兴趣的话,那么它的能量就是我们在合成这个固体时对它的原料加入的功的总和。
  假如我们在研究原子物理而只对它所含的原子能感兴趣的话,那么它的能量就是我们从原子能为零的状态对它做功、使它达到现在状态的功的总和。
  当然我们也可以用反过来的方法来定义这个固体所含的能量,举两个例子:
  该固体的内能是将它冷却到绝对零度所释放出来的功的总和。
  该固体的原子能是将它所含的所有的原子能全部释放出来的功的总和。
  可见,能量虽然是一个非常常用和非常基础的物理概念,但同时也是一个非常抽象和非常难定义的物理概念。事实上,物理学家一直到19世纪中才真正理解能量这个概念。在此之前能量常常被与力、动量等概念相混。有一段时间里,物理学家使用过一个称为“活力”的、与能量非常相似的概念,其意思是一种使物体活泼起来(动起来、热起来)的力。英语中的能量一词energy是两个希腊词的组合:εν是“在……之中”的意思,εργοs是“功、劳动”的意思。加在一起 en-ergi 就是“加进去的功”的意思。
  人体每天所需能量计算方式
  正常需:成年男性:每日能量需要量(KJ)=体重(KG)×192
  成年女性:每日能量需要量(KJ)=体重(KG)×167
  并按劳动强度不同分别以不同系数加以调整:轻体力劳动、积极活动和剧烈活动的调整系数分别为:0.9、1.17和1.34
  如某70KG体重轻体力劳动男性,每日能量需要量为:70×192×0.9=12096KJ,折算为KCAL为:2880KCAL
  评价:此数值明显高于目前中国人能量推荐摄入量(轻体力劳动成年男性为2400KCAL)。在能量推荐量还需要进一步下调的今天,粮农组织这一算法显然并不适合中国内地居民的能量需要量估计。
能量饰品
能量饰品
  中国营养学会2000年提出中国居民膳食能量参考摄入量指出,成年男性轻、中体力劳动者每日需要能量为2400-2700kcal;女性轻、中体力劳动者每日需要能量为2100-2300kcal.婴儿、儿童和青少年、孕妇和乳母、老年人各自的生理特点不同,能量需要也不尽相同。
  地球的能量主要来自太阳,能量的形式虽形形色色,但主要分为机械能,电磁能,内能,化学能,核能
  能量的转移与转化
  自然界中,同一能量不但可以从一个物体转移到另一个物体,多种能量之间还可以相互转化。
  能量与自然
  分为可再生能源和不可再生能源。化石能源是世界主要能源。
  能源与历史
  太阳能是古代唯一利用的能源,太阳能的利用不会产生污染。人类对木材,风力,畜力,水力的利用促进了人类文明的发展
  

有关的物理量

  以下是一些其他与能量有关的或与能量相似的物理量:
  功
  内能
  熵
  焓
  力
  动量  

常见的能量形式

  机械能
  内能
  电能
  化学能
  原子能
  光能