潮汐能違背能量守恒了嗎？

問(wèn)題描述：潮汐能違背能量守恒了嗎？由于月球?qū)Φ厍虻囊?，引起地球的潮汐現(xiàn)象，產(chǎn)生了潮汐能。地球的海水每天反復(fù)潮起潮落蘊(yùn)含著大量能量。像太陽(yáng)能會(huì)在核能耗盡時(shí)消失，潮汐能最終的結(jié)局又是怎樣的呢？如果太陽(yáng)能耗盡。月球圍繞地球公轉(zhuǎn)永不消失，這種能量是否取之不盡用之不竭呢？是否違背了能量守恒，可看成永動(dòng)機(jī)呢？

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>先給出結(jié)論，潮汐能沒(méi)有違背能量守恒?；仡櫼幌轮袑W(xué)物理對(duì)于能量守 恒的定義：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只能從一個(gè)物體傳 遞給另一個(gè)物體，而且能量的形式也可以互相轉(zhuǎn)換。 中學(xué)知識(shí)回憶到這里就差不多了，潮汐是海水周期性漲落現(xiàn)象，白天為 朝，夜晚為夕，而引起潮汐現(xiàn)象的主要是太陽(yáng)和月亮。其中引潮力和引 潮天體的質(zhì)量成正比，和該天體到地球的距離的立方成反比，所以月球 的引潮力約是太陽(yáng)的引潮力的2.17倍，所以我們主要關(guān)注地月間的潮汐 作用。 潮汐作用是怎么影響地球的呢？地球旋轉(zhuǎn)時(shí)，海水涌到地球一邊，另一 邊海洋的水位變淺，這時(shí)，海水與海底之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了巨大的 摩擦力。這種摩擦力在每一次漲潮和退潮的過(guò)程中都會(huì)體現(xiàn)。這種現(xiàn)象 有點(diǎn)類似于汽車制動(dòng)裝置中的摩擦運(yùn)動(dòng)。就像地球經(jīng)歷了一次“剎車” 一樣。不過(guò)，別看地球表面大都被海洋覆蓋，實(shí)際上地表水只占相地球 質(zhì)量的不到0.067％，地球所有的水資源都匯集到一起也只能形成一個(gè) 直徑約1384千米的水球。如圖：所以這種“剎車”作用相當(dāng)于你用自行 車腳剎去阻止一艘航空母艦，起不了什么作用。但是，有時(shí)間啊，日積 月累下，作用就慢慢的體現(xiàn)出來(lái)了。 首先潮汐使地球自轉(zhuǎn)變慢，但地月之間要保持角動(dòng)量守恒（高中知識(shí)點(diǎn) ），進(jìn)而使月球公轉(zhuǎn)周期變長(zhǎng)，月球軌道半長(zhǎng)徑變長(zhǎng)，這樣的話，看數(shù) 據(jù)：地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間每隔62500年增加1秒，月球則以每年3.8厘米 的速度遠(yuǎn)離地球。這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于地球自轉(zhuǎn)的角動(dòng)量轉(zhuǎn)移到月球的公轉(zhuǎn) 。雖然總的機(jī)械能被消耗了一些，但消耗的相比實(shí)在太少，在人類的生 命周期內(nèi)是感覺(jué)不到什么的。而且現(xiàn)在我們還能用潮汐能發(fā)電?。?所以說(shuō)，潮汐力充當(dāng)能量傳遞的角色，它令地球自轉(zhuǎn)減速，同時(shí)又對(duì)月 球施加一個(gè)向前的拉力，持續(xù)增加它的軌道機(jī)械能，使月球軌道半徑慢 慢邊長(zhǎng)。不過(guò)不用擔(dān)心月亮?xí)x開(kāi)，因?yàn)榫退?0億年以后，其影響頂多 是看不到日全食而已。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>啥也不違背能量守恒。

潮汐的能量來(lái)源可以簡(jiǎn)單的理解為天體運(yùn)動(dòng)。比如地球圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。地球上因?yàn)樘?yáng)引力而周習(xí)性變化的潮汐運(yùn)動(dòng)，就是因?yàn)榈厍蛏系乃S著地球轉(zhuǎn)動(dòng)被太陽(yáng)拉來(lái)拉去。

這個(gè)能量當(dāng)然可以加以利用，并且早在一百年前，即1912年，世界上最早的潮汐發(fā)電站就在德國(guó)的布斯姆建成。這就是利用漲潮的時(shí)候儲(chǔ)存水，落潮的時(shí)候再拿這些水來(lái)發(fā)電。原理和水電站類似，都是讓水從高處流下來(lái)推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)發(fā)電。而現(xiàn)在世界上也有很多潮汐電站。

這種能量對(duì)于人類目前使用的能量來(lái)看，基本上算是取之不盡用之不竭的。我這里說(shuō)的是基本上，如果人類發(fā)展更高的階段，需要更多的能量的話，可以把整個(gè)海洋都改造成發(fā)電站。

我們回到題主問(wèn)的能量守恒的問(wèn)題上。潮汐本身是消耗星球自轉(zhuǎn)動(dòng)量的，說(shuō)的直白一點(diǎn)，就是潮汐拖累了行星的自轉(zhuǎn)，潮汐運(yùn)動(dòng)大的星球，自轉(zhuǎn)速度都在逐漸變慢。慢到一定程度，就變成潮汐鎖定了。月球就被地球潮汐鎖定了，只有一面朝著地球。地球?qū)?lái)也許有一天也會(huì)只有一面朝著太陽(yáng)。

地球上的潮汐理論蘊(yùn)藏量約為3乘以10的9次方千瓦。而這些你沒(méi)辦法全部利用，因?yàn)榘训厍蛉冀ǔ沙毕娬镜脑?，就沒(méi)有潮汐作用了。這就好像你晃半瓶子水，如果這些水在瓶子里有一個(gè)個(gè)小格子固定，那么晃動(dòng)起來(lái)的水就沒(méi)法儲(chǔ)存能量了。

潮汐電站需要在潮汐能量密度大的地方建造，選址很苛刻，能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于河流中的大壩。

據(jù)最新的估算，有開(kāi)發(fā)潛力的潮汐能量每年約200TW·h。而地球上每個(gè)小時(shí)，潮汐都會(huì)因?yàn)榕c海岸線摩擦消耗掉6120TW的能量。

總而言之，這些能量的來(lái)源是天體系統(tǒng)本身的能量，并且一直在緩慢消耗著，遵循能量守恒，不是永動(dòng)機(jī)。但是我們的確可以利用其中一部分能量給我們自己用。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>沒(méi)有，潮汐會(huì)消耗雙方的角動(dòng)量，最終兩者均被潮汐鎖定，就不會(huì)再有潮汐了。

現(xiàn)在地球的自轉(zhuǎn)角動(dòng)量正在減少，自轉(zhuǎn)速度正在降低，當(dāng)然這不是全都被潮汐消耗掉了還有小部分被引力波輻射出去了，其余絕大部分轉(zhuǎn)化為月球的動(dòng)量抬升了月球軌道，所以月球正在慢慢遠(yuǎn)離地球。

領(lǐng)域?qū)＜遥?/span>要想搞清楚這個(gè)問(wèn)題，我們首先需要搞清楚能量的定義。

在物理學(xué)中，能量是一個(gè)間接觀察到的物理量。它往往被視為某一個(gè)物理系統(tǒng)對(duì)其他的物理系統(tǒng)做功的能力。由于功被定義為力作用一段距離，因此能量總是等同于沿著一定的長(zhǎng)度阻擋某作用力的能力。

能量就是用來(lái)表征物理系統(tǒng)做功的本領(lǐng)。

同時(shí)按照物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式，能量可分為機(jī)械能、化學(xué)能、熱能、電能、輻射能、核能、光能、潮汐能等。

而潮汐能的產(chǎn)生主要是其他天體對(duì)地球潮汐的引力做功形成的能量形式。

那我們來(lái)看，月球引起的地球潮汐能本質(zhì)是因?yàn)樵虑驅(qū)Φ厍虻娜f(wàn)有引力作用造成海水潮起潮落，因?yàn)樵虑蚴冀K圍繞地球旋轉(zhuǎn)，這樣月球?qū)Τ毕囊Ψ较驎?huì)時(shí)刻改變，因而造成潮水發(fā)生有效位移，從而產(chǎn)生潮汐能。所以，只要月球不停止圍繞地球旋轉(zhuǎn)，地球上會(huì)始終存在月球引起的潮汐能。

同時(shí)，如果單純考慮月球跟地球潮汐的能量變化，事實(shí)上地球上的潮汐就相當(dāng)于月球時(shí)刻在把自身所具有的的角動(dòng)能一點(diǎn)點(diǎn)“過(guò)繼”給海水，所以地球上如此波瀾壯闊的潮汐能量大部分都是源于月球旋轉(zhuǎn)的角動(dòng)能。

月球過(guò)繼給地球潮汐部分能量后，其自身角動(dòng)能必然會(huì)減小，月球會(huì)減速，因而造成月球繞地球軌道慢慢在變大——月球正在“逃逸地球”。

目前科學(xué)已經(jīng)證實(shí)月球正在以每年3.8cm的速度遠(yuǎn)離地球，這種情況的發(fā)生就是因?yàn)樵虑蛘诎炎陨硭邆涞慕莿?dòng)能慢慢過(guò)繼給海水，同時(shí)也會(huì)拉慢地球自轉(zhuǎn)，以達(dá)到最終月球鎖定地球的目的。

所以引起地球潮汐的月亮并不是永動(dòng)機(jī)，潮汐運(yùn)動(dòng)依然遵循物理法則的能量守恒的。

最后如果太陽(yáng)熄滅，那地球肯定會(huì)被黑暗包裹，陰冷會(huì)成為星球的主基調(diào)，到時(shí)所有的海水會(huì)以冰態(tài)存在，那潮汐能自然就會(huì)慢慢消失的。再者，事實(shí)上在太陽(yáng)死亡之前，其還要經(jīng)歷紅巨星等階段，地月系由于距離太陽(yáng)太近，到時(shí)能否安然遷移到外圍軌道都未可知，又何論地球上還有沒(méi)有液態(tài)水呢？