人接受到什么能量要傳遞出什么能量,達(dá)到某種平衡是什么定律

【專(zhuān)家解說(shuō)】：　　能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的量度，簡(jiǎn)稱(chēng)“能”。世界萬(wàn)物是不斷運(yùn)動(dòng)的，在物質(zhì)的一切屬性中，運(yùn)動(dòng)是最基本的屬性，其他屬性都是運(yùn)動(dòng)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。 　　對(duì)應(yīng)于物質(zhì)的各種運(yùn)動(dòng)形式，能量也有各種不同的形式，它們可以通過(guò)一定的方式互相轉(zhuǎn)換。 　　在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)為物體或體系整體的機(jī)械能，如動(dòng)能、勢(shì)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(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、分子間相互作用的勢(shì)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(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。對(duì)于熱運(yùn)動(dòng)能（熱能），人們是通過(guò)它與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換而認(rèn)識(shí)的（見(jiàn)熱力學(xué)第一定律） 。 　　空間屬性是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的廣延性體現(xiàn)；時(shí)間屬性是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性體現(xiàn)；引力屬性是物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(yùn)動(dòng)和變化過(guò)程中的外部表現(xiàn)，等等。物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式多種多樣，每一個(gè)具體的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式存在相應(yīng)的能量形式。 　　宏觀(guān)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的能量形式是動(dòng)能；分子運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的能量形式是熱能；原子運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的能量形式是化學(xué)能；帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的能量形式是電能；光子運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的能量形式是光能，等等。除了這些，還有風(fēng)能、潮汐能等。當(dāng)運(yùn)動(dòng)形式相同時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)特性可以采用某些物理量或化學(xué)量來(lái)描述。物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)可以用速度、加速度、動(dòng)量等物理量來(lái)描述；電流可以用電流強(qiáng)度、電壓、功率等物理量來(lái)描述。但是，如果運(yùn)動(dòng)形式不相同，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的共同特性。 　　因此可以對(duì)能量作出定義： 　　能量在古希臘語(yǔ)中意指“活動(dòng)、操作”，是一個(gè)間接觀(guān)察的物理量，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。功被定義為力在物體沿力的方向發(fā)生位移的空間積累效應(yīng)，并且等于力與在力的方向上通過(guò)的位移的乘積。 　　一個(gè)物體所含的總能量奠基于其總質(zhì)量，能量同質(zhì)量一樣既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消滅。能量和質(zhì)量一樣都是標(biāo)量。在國(guó)際單位制中，能量的單位是焦耳，但有時(shí)使用其他單位如千瓦·時(shí)和千卡，這些也是功的單位。能量是用以衡量所有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)模的統(tǒng)一量度。 　　A系統(tǒng)可以借由簡(jiǎn)單的物質(zhì)轉(zhuǎn)移將能量傳遞到B系統(tǒng)中（因?yàn)槲镔|(zhì)的質(zhì)量等價(jià)于能量）。如果能量不是借由物質(zhì)轉(zhuǎn)移而傳遞能量，而是由其他方式傳遞，會(huì)使B系統(tǒng)產(chǎn)生變化，因?yàn)锳系統(tǒng)對(duì)B系統(tǒng)作功。功的效果如同一個(gè)力以一定的距離作用在接收能量的系統(tǒng)中。例如，A系統(tǒng)可以經(jīng)過(guò)電磁輻射到B系統(tǒng)，使吸收輻射能量的B系統(tǒng)內(nèi)部的粒子產(chǎn)生熱運(yùn)動(dòng)。一個(gè)系統(tǒng)也可以通過(guò)碰撞傳遞能量，在這種情況下被碰撞的物體會(huì)在一段距離內(nèi)受力并獲得運(yùn)動(dòng)的能量，稱(chēng)為動(dòng)能。熱能的傳遞則可以由以上兩個(gè)方法產(chǎn)生：熱可以由輻射能轉(zhuǎn)移能量，或者直接由系統(tǒng)間粒子的碰撞而轉(zhuǎn)移動(dòng)能。 　　能量可以不用表現(xiàn)為物質(zhì)、動(dòng)能或是電磁能的方式而儲(chǔ)存在一個(gè)系統(tǒng)中。當(dāng)粒子在與其有相互作用的一個(gè)場(chǎng)中移動(dòng)一段距離（需借由一個(gè)外力來(lái)移動(dòng)），此粒子移動(dòng)到這個(gè)場(chǎng)的新的位置所需的能量便被儲(chǔ)存了。當(dāng)然粒子必須借由外力才能保持在新位置上，否則其所處在的場(chǎng)會(huì)借由推或者是拉的方式讓粒子回到原來(lái)的狀態(tài)。這種借由粒子在力場(chǎng)中改變位置而儲(chǔ)存的能量就稱(chēng)為位能（勢(shì)能）。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就是在重力場(chǎng)中往上提升一個(gè)物體到某一高度所需要做的功就是位能（勢(shì)能）。 　　任何形式的能量可以轉(zhuǎn)換成另一種形式。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)物體在力場(chǎng)中自由移動(dòng)到不同的位置時(shí)，位能可以轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。當(dāng)能量是屬于非熱能的形式時(shí)，它轉(zhuǎn)化成其他種類(lèi)的能量的效率可以很高甚至是完美的轉(zhuǎn)換，包括電力或者新的物質(zhì)粒子的產(chǎn)生。然而如果是熱能的話(huà)，則在轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)時(shí)，就如同熱力學(xué)第二定律所描述的，總會(huì)有轉(zhuǎn)換效率的限制。 　　在所有能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，總能量保持不變，原因在于總系統(tǒng)的能量是在各系統(tǒng)間做能量的轉(zhuǎn)移，當(dāng)從某個(gè)系統(tǒng)間損失能量，必定會(huì)有另一個(gè)系統(tǒng)得到這損失的能量，導(dǎo)致失去和獲得達(dá)成平衡，所以總能量不改變。這個(gè)能量守恒定律，是在19世紀(jì)初提出，并應(yīng)用于任何一個(gè)孤立系統(tǒng)。根據(jù)諾特定理，能量守恒是由于物理定律不會(huì)隨時(shí)間而改變所得到的自然結(jié)果。 　　雖然一個(gè)系統(tǒng)的總能量，不會(huì)隨時(shí)間改變，但其能量的值，可能會(huì)因?yàn)閰⒖枷刀兴煌?。例如一個(gè)坐在飛機(jī)里的乘客，相對(duì)于飛機(jī)其動(dòng)能為零；但是相對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，動(dòng)能卻不為零，也不能以單獨(dú)動(dòng)量去與地球相比較。 　　能量是物理學(xué)的基本概念之一，從經(jīng)典力學(xué)到相對(duì)論、量子力學(xué)和宇宙學(xué)，能量總是一個(gè)核心概念。 　　在一般常用語(yǔ)或科普讀物中能量是指一個(gè)系統(tǒng)能夠釋放出來(lái)的、或者可以從中獲得的、可以相當(dāng)于做一定量的功。比如說(shuō)1千克汽油含12千瓦小時(shí)能量，是指假如將1千克的汽油中的化學(xué)能全部施放出來(lái)的話(huà)可以做12KWh的功。 　　能量是物理學(xué)中描寫(xiě)一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)過(guò)程的物理量。一個(gè)系統(tǒng)的能量可以被定義為從一個(gè)零能量的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為該系統(tǒng)現(xiàn)狀的功的總和。一個(gè)系統(tǒng)有多少能量在物理中并不是一個(gè)確定的值，它隨著對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的描寫(xiě)而變換。人體在生命活動(dòng)過(guò)程中，一切生命活動(dòng)都需要能量，如物質(zhì)代謝的合成反應(yīng)、肌肉收縮、腺體分泌等等。而這些能量主要來(lái)源于食物。動(dòng)、植物性食物中所含的營(yíng)養(yǎng)素可分為五大類(lèi)：碳水化合物、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素，加上水為六大類(lèi)。其中，碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)經(jīng)體內(nèi)氧化可釋放能量。三者統(tǒng)稱(chēng)為“產(chǎn)能營(yíng)養(yǎng)素”或“熱源物質(zhì)”。 　　能量守恒定律表明能量不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而能的總量保持不變。能量是標(biāo)量，不是矢量，沒(méi)有方向。至于正物質(zhì)與反物質(zhì)并不是說(shuō)質(zhì)量有正負(fù)，而是原子核的電性相反，相遇后質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。任何運(yùn)動(dòng)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(jī)械能、化學(xué)能、核能等。舉一個(gè)例子，觀(guān)察一個(gè)質(zhì)量為1Kg的固體的能量： 　　在經(jīng)典力學(xué)中，其能量就是從靜止加速到現(xiàn)有速度所作的功的總和。 　　在經(jīng)典熱學(xué)中，其能量就是從絕對(duì)零度加熱現(xiàn)有溫度所作的功的總和。 　　在物理化學(xué)中，其能量就是合成這個(gè)固體時(shí)對(duì)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(tài)對(duì)它做功達(dá)到現(xiàn)有狀態(tài)的功的總和。 　　還可以用相反的方法來(lái)定義這個(gè)固體所含的能量。舉兩個(gè)例子： 　　該固體的內(nèi)能是將它冷卻到絕對(duì)零度所釋放出來(lái)的功的總和。 　　該固體的原子能是將其結(jié)合能在原子核裂變或聚變反應(yīng)中釋放出來(lái)變成反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)能。 　　能量雖然是一個(gè)常用和基本的物理概念，同時(shí)也是一個(gè)抽象的物理概念。事實(shí)上，物理學(xué)家一直到19世紀(jì)中才真正理解能量概念，在此之前常常與力、動(dòng)量等概念混淆。 　　能量有很多，比如： 　　化學(xué)能 　　物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化（化學(xué)反應(yīng)）時(shí)釋放或吸收的能量。如干電池和蓄電池的放電是化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能；給電池充電則是電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能 。其本質(zhì)是原子的外層電子變動(dòng)，導(dǎo)致電子結(jié)合能改變而放出的能量。正負(fù)電子對(duì)湮沒(méi)成光子，就是電子的靜能轉(zhuǎn)換成光子的能量 。 　　熱能 　　物質(zhì)內(nèi)部原子分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，溫度愈高的物質(zhì)所包含的熱能愈大。熱機(jī)是膨脹的水蒸氣把它的熱能變成了熱機(jī)的動(dòng)能。 　　電能 　　正負(fù)電荷之間由于電力作用所具有的（電）勢(shì)能，可以用電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)出來(lái)。真空中的電能密度（單位體積內(nèi)的電能）即電場(chǎng)能量密度w=E2/2；介質(zhì)中的電能密度w=E·D/2，式中D是電位移矢量，E是電場(chǎng)強(qiáng)度。電能的提取就是將電勢(shì)能變成帶電粒子的動(dòng)能，如導(dǎo)體中的電流或加速器中的荷電粒子束。磁能是指磁場(chǎng)能，磁能密度w=H·B/2，式中H是磁場(chǎng)強(qiáng)度，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度。電能密度與磁能密度之和為電磁能密度（電磁場(chǎng)能量密度）w=(E·D+H·B)/2 。 　　輻射能 　　指光和電磁波的能量（光子的能量）。 　　核能 　　原子核內(nèi)核子的結(jié)合能，它可以在原子核裂變或聚變反應(yīng)中釋放出來(lái)變成反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)能 。根據(jù)狹義相對(duì)論，物體的質(zhì)量m和能量E之間存在著質(zhì)能關(guān)系E=mс2(с為真空中的光速)。因此，當(dāng)物體靜止時(shí)也具有能量。物質(zhì)的能量、質(zhì)量這二者是密切相關(guān)的。原子核的質(zhì)量比組成它的核子的總質(zhì)量小，即自由核子結(jié)合成原子核時(shí)有能量釋放出來(lái)，這能量稱(chēng)為原子核的結(jié)合能。比結(jié)合能（原子核中平均每核子的結(jié)合能）低的重核裂變成比結(jié)合能高的較輕核，或幾個(gè)比結(jié)合能低的輕核聚合成一個(gè)比結(jié)合能高的較重核，所釋放的能量就是原子能。