墨菲定律能量守恒定律適用于物理的能量學，它的提出者是托馬斯楊。下面是學習啦小編給大家整理的能量守恒定律，供大家參閱!

　　能量守恒定律定義

　　能量是物質(zhì)運動轉(zhuǎn)換的量度，簡稱“能”。世界萬物是不斷運動的，在物質(zhì)的一切屬性中，運動是最基本的屬性，其他屬性都是運動的具體表現(xiàn)。能量是表征物理系統(tǒng)做功的本領(lǐng)的量度。

　　能量(energy)是物質(zhì)所具有的基本物理屬性之一，是物質(zhì)運動的統(tǒng)一量度。

　　能量的單位與功的單位相同，在國際單位制中是焦耳(J)。在原子物理學、原子核物理學、粒子物理學等領(lǐng)域中常用電子伏(eV)作為單位，1電子伏=1.602,18×10-19焦。物理領(lǐng)域，也用爾格(erg)作為能量單位，1爾格=10-7焦。

　　能量以多種不同的形式存在;按照物質(zhì)的不同運動形式分類，能量可分為機械能、化學能、熱能、電能、輻射能、核能。這些不同形式的能量之間可以通過物理效應(yīng)或化學反應(yīng)而相互轉(zhuǎn)化 。各種場也具有能量。

　　能量的英文“energy”一字源于希臘語：ἐνέργεια，該字首次出現(xiàn)在公元前4世紀亞里士多德的作品中。伽利略時代已出現(xiàn)了“能量”的思想，但還沒有“能”這一術(shù)語。能量概念出自于17世紀萊布尼茨的“活力”想法，定義于一個物體質(zhì)量和其速度的平方的乘積，相當于今天的動能的兩倍。為了解釋因摩擦而令速度減緩的現(xiàn)象，萊布尼茨的理論認為熱能是由物體內(nèi)的組成物質(zhì)隨機運動所構(gòu)成，而這種想法和牛頓一致，雖然這種觀念過了一個世紀后才被普遍接受。

　　能量(Energy)這個詞是T.楊于1807年在倫敦國王學院講自然哲學時引入的，針對當時的“活力”或“上升力”的觀點，提出用“能量”這個詞表述，并和物體所作的功相聯(lián)系，但未引起重視，人們?nèi)哉J為不同的運動中蘊藏著不同的力。1831年法國學者科里奧利又引進了力做功的概念，并且在“活力”前加了1/2系數(shù)，稱為動能，通過積分給出了功與動能的聯(lián)系。1853年出現(xiàn)了“勢能”，1856年出現(xiàn)了“動能”這些術(shù)語。直到能量守恒定律被確認后 ，人們才認識到能量概念的重要意義和實用價值。

　　空間屬性是物質(zhì)運動的廣延性體現(xiàn);時間屬性是物質(zhì)運動的持續(xù)性體現(xiàn);引力屬性是物質(zhì)在運動過程由于質(zhì)量分布不均所引起的相互作用的體現(xiàn);電磁屬性是帶電粒子在運動和變化過程中的外部表現(xiàn)，等等。物質(zhì)的運動形式多種多樣，每一個具體的物質(zhì)運動形式存在相應(yīng)的能量形式。

　　宏觀物體的機械運動對應(yīng)的能量形式是動能;分子運動對應(yīng)的能量形式是熱能;原子運動對應(yīng)的能量形式是化學能;帶電粒子的定向運動對應(yīng)的能量形式是電能;光子運動對應(yīng)的能量形式是光能，等等。除了這些，還有風能、潮汐能等。當運動形式相同時，物體的運動特性可以采用某些物理量或化學量來描述。物體的機械運動可以用速度、加速度、動量等物理量來描述;電流可以用電流強度、電壓、功率等物理量來描述。但是，如果運動形式不相同，物質(zhì)的運動特性唯一可以相互描述和比較的物理量就是能量，能量是一切運動著的物質(zhì)的共同特性。

　　不同形式的能量之間可以通過物理效應(yīng)或化學反應(yīng)而相互轉(zhuǎn)化。

　　對應(yīng)于物質(zhì)的各種運動形式，能量有各種不同的形式。在機械運動中表現(xiàn)為物體或體系整體的機械能，如動能、勢能、聲能等。在熱現(xiàn)象中表現(xiàn)為系統(tǒng)的內(nèi)能，它是系統(tǒng)內(nèi)各分子無規(guī)運動的動能、分子間相互作用的勢能、原子和原子核內(nèi)的能量的總和，但不包括系統(tǒng)整體運動的機械能。對于熱運動能(舊稱熱能)，人們是通過它與機械能的相互轉(zhuǎn)換而認識的(見熱力學第一定律)。各種場也具有能量 。

　　機械能、化學能、熱能、電(磁)能、輻射能、核能等不同類型的能量之間相互轉(zhuǎn)化的方式多種多樣。例如，最常見的電能(交流電和電池)可以由多種其他形式的能量轉(zhuǎn)變而來，如機械能–電能的轉(zhuǎn)變(水力發(fā)電)、核能–熱能–機械能–電能的轉(zhuǎn)變(核能發(fā)電)、化學能–電能的轉(zhuǎn)變(電池)等 。

　　能量守恒定律實驗驗證

　　焦耳熱功當量實驗是早期確認能量守恒的有名實驗。在保持總能量不變的前提下，固有能量、動能、勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化。最典型的例子就是在正電子和負電子湮沒成光子的過程中，正負電子的全部固有能量(對應(yīng)于靜止質(zhì)量)轉(zhuǎn)化成了光子能量即電磁輻射能(相應(yīng)的質(zhì)量為光子的動質(zhì)量)。又如在原子核裂變過程中，部分固有能量轉(zhuǎn)化為動能。一個有多種成分組成的復合系統(tǒng)，其整體的固有能量(或靜質(zhì)量)是各組成部分的固有能量(或靜質(zhì)量)與相互作用勢能的總和。例如，穩(wěn)定原子核的靜質(zhì)量要比構(gòu)成它的核子(質(zhì)子和中子)的靜質(zhì)量之和為小，兩者之差稱為質(zhì)量虧損，與之相應(yīng)的能量就是原子核的結(jié)合能(來自核子之間的相互作用勢能);核能就是原子核反應(yīng)過程中釋放出來的原子核結(jié)合能，它是質(zhì)能關(guān)系的直接證據(jù)。

　　能量守恒定律和動量(角動量)守恒定律成功應(yīng)用的最典型事例是基本粒子實驗中中微子的發(fā)現(xiàn)。中微子是一種靜止質(zhì)量微小、不帶電且與物質(zhì)相互作用極其微弱的基本粒子。20世紀20年代末30年代初，對原子核β衰變能譜的研究發(fā)現(xiàn)衰變后發(fā)射出的電子(即β射線)帶走的能量比它按能量守恒定律所應(yīng)帶走的能量要小(似乎丟失了部分能量)，而且原子核的自旋與電子的自旋不符合量子力學中的角動量合成規(guī)則。為了解釋這種現(xiàn)象，要么放棄能量和角動量守恒定律，要么假定有一種未能觀測到的基本粒子即中微子存在，以便保持這些守恒定律成立。物理學家最終選擇了后者，并且利用其他的基本粒子實驗證實了中微子(和反中微子)的存在，能量守恒定律和動量(角動量)守恒定律在這些過程中仍然有效。

　　上述狹義相對論能量、質(zhì)量、動量的概念和定義，以及能量守恒定律和動量(角動量)守恒定律，或者更一般的能量–動量守恒定律(角動量守恒包含在其中)，不僅適用于力學現(xiàn)象，而且適用于整個平直時空中的物理學 。

　　能量守恒定律理論詮釋

　　在愛因斯坦的狹義相對論中，能量是四維動量中的一個分量。在任意封閉系統(tǒng)，在任意慣性系觀測時，這個向量的每一個分量(其中一個是能量，另外三個是動量)都會守恒，不隨時間改變，此向量的長度也會守恒(閔可夫斯基模長)，向量長度為單一質(zhì)點的靜止質(zhì)量，也是由多質(zhì)量粒子組成系統(tǒng)的不變質(zhì)量(即不變能量)。

　　在量子力學中，量子系統(tǒng)的能量由一個稱為哈密頓算符的自伴算符來描述，此算符作用在系統(tǒng)的希爾伯特空間(或是波函數(shù)空間)中。若哈密頓算符是非時變的算符，隨著系統(tǒng)變化，其出現(xiàn)概率的測量不隨時間而變化，因此能量的期望值也不會隨時間而變化。量子場論下局域性的能量守恒可以用能量-動量張量運算子配合諾特定理求得。由于在在量子理論中沒有全域性的時間算子，時間和能量之間的不確定關(guān)系只會在一些特定條件下成立，與位置和動量之間的不確定關(guān)系作為量子力學基礎(chǔ)的本質(zhì)有所不同(見不確定性原理)。在每個固定時間下的能量都可以準確的量測，不會受時間和能量之間的不確定關(guān)系影響，因此即使在量子力學中，能量守恒也是一個有清楚定義的概念。

　　能量守恒定律是許多物理定律的特征。以數(shù)學的觀點來看，能量守恒是諾特定理的結(jié)果。如果物理系統(tǒng)在時間平移時滿足連續(xù)對稱，則其能量(時間的共軛物理量)守恒。相反的，若物理系統(tǒng)在時間平移時無對稱性，則其能量不守恒，但若考慮此系統(tǒng)和另一個系統(tǒng)交換能量，而合成的較大系統(tǒng)不隨時間改變，這個較大系統(tǒng)的能量就會守恒。由于任何時變系統(tǒng)都可以放在一個較大的非時變系統(tǒng)中，因此可以借由適當?shù)闹匦露x能量來達到能量的守恒。對于平坦時空下的物理理論，由于量子力學允許短時間內(nèi)的不守恒(例如正-反粒子對)，所以在量子力學中并不遵守能量守恒。

　　能量守恒定律根據(jù)諾特定理，表達了連續(xù)對稱性和守恒定律的對應(yīng)。守恒定律是物質(zhì)運動過程中所必須遵守的最基本的法則，它已成為物理學中一個最普遍而深刻的觀念。例如，物理定律不隨著時間而改變，這表示它們有關(guān)于時間的某種對稱性。諾特定理和量子力學深刻相關(guān)，因為它僅用經(jīng)典力學的原理就可以辨別和海森堡不確定性原理相關(guān)的物理量(譬如時間和能量)。對于時間平移的不變性給出了著名的能量守恒定律。

　　時空表現(xiàn)為均勻和各向同性的，坐標系原點的平移和坐標軸的轉(zhuǎn)動都是對稱變換，它們構(gòu)成非齊次洛倫茲群，又稱龐加萊群。在龐加萊群中，與平移生成元對應(yīng)的物理量為能量-動量矢量。能量、動量守恒以及角動量守恒與時空均勻性和各向同性直接相關(guān)，它不依賴于物質(zhì)的具體內(nèi)容。不論是微觀的還是宏觀的，是粒子還是場，所有在均勻和各向同性的時空中運動的物質(zhì)都遵守能量、動量和角動量的守恒律 。

　　能量守恒定律解釋

　　熱力學第一定律的思想最初是由德國物理學家J.邁爾在實驗的基礎(chǔ)上于1842年提出來的。在此之后，英國物理學家J.焦耳做了大量實驗，用各種不同方法求熱功當量，所得的結(jié)果都是一致的。也就是說，熱和功之間有一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系。以后經(jīng)過精確實驗測定得知1卡=4.184焦。1847年德意志科學家H.亥姆霍茲對熱力學第一定律進行了嚴格的數(shù)學描述并明確指出：“能量守恒定律是普遍適用于一切自然現(xiàn)象的基本規(guī)律之一。” 到了1850年，在科學界已經(jīng)得到公認。

　　確認作為守恒量的能量的存在始于17世紀末，當時G.萊布尼茨觀測到地球重力場中質(zhì)點能量(mv2/2+mgh)守恒。焦耳從19世紀40年代起，確認熱只是能量存在的一種形式，為熱力學第一定律奠定了基礎(chǔ)。1905年愛因斯坦把能量與物質(zhì)的靜止質(zhì)量聯(lián)系起來，給出了著名的質(zhì)能關(guān)系式。為了解釋β衰變過程中“消失掉”的那一部分能量，W.泡利提出，必然還有一種未被認識的粒子。后來E.費米把這種粒子命名為中微子，把那一部分“消失掉”的能量又找了回來。

　　熱力學第一定律確認：任何系統(tǒng)中存在單值的態(tài)函數(shù)——內(nèi)能，孤立系統(tǒng)的內(nèi)能恒定。一個物體的內(nèi)能是當物體靜止時，組成該物體的微觀粒子無規(guī)則熱運動動能以及它們之間的相互作用勢能的總和。宏觀定義內(nèi)能的實驗基礎(chǔ)是，系統(tǒng)在相同初終態(tài)間所做的絕熱功數(shù)值都相等，與路徑無關(guān)。由此可見，絕熱過程中外界對系統(tǒng)所做的功只與系統(tǒng)的某個函數(shù)在初終態(tài)之間的改變有關(guān)，與路徑無關(guān)。這個態(tài)函數(shù)就是內(nèi)能。它可通過系統(tǒng)對外界所做的絕熱功As加以定義：U2-U1=-As，式中的負號表示對外做功為正功。功的單位是焦耳。在一個純粹的熱傳遞過程中，可用系統(tǒng)的內(nèi)能改變來定義熱量及其數(shù)值，即Q=U2-U1，這里定義系統(tǒng)吸熱為正(Q大于0)。熱量的單位也是焦耳。

　　熱量和功都是過程量，只當系統(tǒng)狀態(tài)改變時它們才會出現(xiàn)，它們的數(shù)值不僅與過程的初終態(tài)有關(guān)，還與過程經(jīng)歷的路徑有關(guān)。功和熱量都是內(nèi)能改變量的量度，說明它們之間應(yīng)存在某種相當性，歷史上把這種相當性的數(shù)值表示稱為熱功當量。

　　熱力學第一定律是能量守恒定律對非孤立系統(tǒng)的擴展。此時能量可以以功W或熱量Q的形式傳入或傳出系統(tǒng)。

　　闡述方式：

　　1. 物體內(nèi)能的增加等于物體吸收的熱量和對物體所作的功的總和。

　　2. 系統(tǒng)在絕熱狀態(tài)時，功只取決于系統(tǒng)初始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)的能量，與過程無關(guān)。

　　3. 孤立系統(tǒng)的能量永遠守恒。

　　4. 系統(tǒng)經(jīng)過絕熱循環(huán)，其所做的功為零，因此第一類永動機是不可能的(即不消耗能量做功的機械)。

　　5. 兩個系統(tǒng)相互作用時，功具有唯一的數(shù)值，可以為正、負或零。

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