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Energy

  物质运动的一种量度,简称能。对应于物质的各种运动形式,能量也有各种不同的形式,它们可以通过一定的方式互相转换。在机械运动中表现为物体或体系整体的机械能,如动能、势能、声能等。在热现象中表现为系统的内能,它是系统内各分子无规运动的动能、分子间相互作用的势能、原子和原子核内的能量的总和,但不包括系统整体运动的机械能。对于热运动能(旧称热能),人们是通过它与机械能的相互转换而认识的(见热力学第一定律)。各种场也具有能量。单位体积内电磁场的能量w的值就取决于电场和磁场的值:


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式中E)、D、H、和B分别是电场强度、电位移、磁场强度和磁感应强度。电磁能量可以通过场对运动电荷的洛伦兹力的作用或其他方式转换成物体的机械能、热运动能或化学能等其他形式的能。

  根据狭义相对论,物体的质量m和能量E之间存在着质能关系E=mс2(с为真空中的光速)。因此,当物体静止时也具有能量。物质的能量、质量这二者是密切相关的。原子核的质量比组成它的核子的总质量小,即自由核子结合成原子核时有能量释放出来,这能量称为原子核的结合能。比结合能(原子核中平均每核子的结合能)低的重核裂变成比结合能高的较轻核,或几个比结合能低的轻核聚合成一个比结合能高的较重核,所释放的能量就是原子能。化学能是原子的外层电子变动,导致电子结合能改变而放出的能量。正负电子对湮没成光子,就是电子的静能转换成光子的能量。

  人们根据大量实验确认了能量守恒定律,即不同形式能量之间相互转换时,其量值守恒。焦耳热功当量实验是早期确认能量守恒定律的有名实验,而后在宏观领域内建立了能量转换与守恒的热力学第一定律康普顿效应确认能量守恒定律在微观世界仍然正确,后又逐步认识到能量守恒定律是由时间平移不变性决定的,从而使它成为物理学中的普遍定律(见对称性和守恒律)。在一个封闭的力学系统中,如果没有机械能与其他形式能量之间相互转换时,则机械能守恒。机械能守恒定律是能量守恒定律的一个特例。

  伽利略时代已出现了“能量”的思想,但还没有“能”这一术语。17世纪出现了“活力”这一名词,它相当于现在的动能的两倍。1807年正式出现了“能”这一术语,1853年出现了“势能”,1856年出现了“动能”这些术语。

  应当注意,能量这一概念有其应用范围,根据广义相对论,在一定条件下就不再能使用能量这种量度。

  能量的单位是焦耳 (J)。在原子物理学原子核物理学粒子物理学等领域中常用电子伏(eV)作为单位,1eV=1.60219×10-19J。理论物理领域,也有用尔格(erg)作为能量单位的,1erg=10-7J。

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