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1.6: 什么是能量?
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What is Energy?
 
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1.6: 什么是能量?

宇宙由不同形式的物质组成,所有形式的物质都包含能量。  不同形式的地球上的能量源自太阳—最终的能量源。 植物从太阳中捕获光能量,并通过光合作用过程将其转换为化学能量。 这种来自植物的储能可通过多种方式加以利用。 例如,食用植物产品作为食物可以为我们的身体提供能量,燃烧木材或煤炭 (化石植物) 会产生热量和电力。 因此,由于事件的所有变化都涉及能量的变化,因此了解能量如何从一种形式流向另一种形式至关重要。  

能量被定义为工作能力。 当对物体施加的力导致物体移向对向力时,就会完成工作。 例如,当一张桌子被推过一个房间时,就会有工作要做,而不会受到地板的阻力。  

能量可以分为两种主要类型:势能和动能。 势能是与对象的相对位置,组成或条件相关联的能量。 动能是与对象运动相关联的能量。 例如,由于势能位于地面上方,水坝后面的水拥有。 当它通过发电机向下流动时,它获得了动能,该公司可以在水力发电站中发电。

势能

势能也称为静能量或储能。 常见的势能类型包括悬挂在树上的苹果中的引力势能, 因电荷吸引或被拒绝而存放在物体中的电气势能,或储存在原子和分子之间的粘结中的化学势能。 此外,原子核中存储的核能量和拉伸弹簧中存储的弹性能量 (由于其配置) 属于势能类型。

通常,势能较高的对象或系统的稳定性较低,因此会向较低的能量级别移动以获得稳定性。 例如,放射性元素铀 -235 (U235) 有一个不稳定的核。 为了获得稳定性,它分成了较小但稳定的元素,并释放了储存的核能量。 然后,释放出来的能量可用于核电站发电。  

动能

物体的动能量取决于物体的质量和速度。 考虑两个不同质量的球以相同速度向下滚动倾斜平面。 较重的球会有更多的动能。 同样,当两个相同质量的球以不同的速度向下滚动倾斜平面时,速度更快的球具有更多的动能。  

此外,还存在不同形式的动能,包括机械,电气,辐射,声音, 和热能。 机械能量与物体的运动相关联。 物体移动速度越快,其机械能量就越多。  例如,从枪弹或水流向水坝中发射的子弹就是机械能量的例子。 电气能量是由电荷流动造成的,如雷暴期间发生雷击或日常电路和设备时所观察到的那样。 辐射能是动能的形式,它以电磁波的形式传播,可以以光和热的形式出现。 阳光就是辐射能的一个例子。

热能与原子和分子的随机运动有关。 当物体中的原子和分子快速移动或振动时,它们的平均动能 (KE) 越高,该物体被称为“热”。 当原子和分子移动缓慢时,它们的平均 KE 值较低,并且物体被指定为“冷”。 因此,可以通过物体的温度变化观察到热能。 假设没有发生化学反应或相位变化 (如熔化或汽化) ,增加物质样品中的热能量将导致其温度升高。 同样,假设没有发生化学反应或相位变化 (如冷凝或冻结) ,减少物质样品中的热能量将导致其温度下降。

能量守恒定律

能量可以从一种形式转换为另一种形式,但即使在更改后,更改前的总能量也始终以某种形式存在。 这一观察结果以能量守恒定律的形式表述。 能量守恒定律表示,能量既不被创造,也不被销毁,尽管可以改变形式。 因此,系统的总能量保持不变。 例如,化学能量 (一种势能) 储存在汽油分子中。当汽油在汽车发动机的气缸内燃烧时,这种化学反应迅速膨胀的气态产物在移动气缸的活塞时会产生机械能(一种动能)。

本文改编自 Openstax,化学2e,第5.1节:能量 基础知识。

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