了解能源

在我们周围，包括我们人类，能量是常见的事情之一。能量是巨大的，因为它发生在几乎每一个应用中，从我们自己开始，这是我们在生存中使用的能量，我们从食物中获得的能量。今天有一种不同的能源可以让人类文明发挥作用。大部分能量来自化石燃料核燃料或可再生能源，尽管这些能量用于产生其他形式的能量，例如机械能电能等。这就是为什么对能源的研究非常有必要学习和理解.

今天你将了解能量的定义、用途、重要性、例子、类型和形式。您还将了解测量单位、转换、能量守恒等。

什么是能量？

能量可以定义为一个物理系统做功的能力，即一个系统有做功的能力就拥有能量。换句话说，只要做功，能量就会被转移或转化。但是，系统中能量的存在并不意味着它一定可以做功。

在物理学中，能量被认为是必须传递到身体或物理系统以对身体做功或加热身体的定量属性。能量是一个守恒量，它把我们带到了能量守恒定律。这条定律规定能量可以转化为形式，但既不能创造也不能消灭。

所有类型的能量都有两种形式，包括运动物体的动能和物体在力场中的位置存储的势能。能量的计量单位称为焦耳。

我希望您将能量理解为：

• 标量
• 抽象且无法始终被感知
• 通过计算赋予意义
• 科学的核心概念

能源的用途和重要性

能源为我们人类提供了三种基本用途和重要性，包括住宅用途、商业用途和交通用途。

能源的住宅用途：

这是最常见的能源消耗方式，因为它们服务于我们的日常家庭活动，例如看电视、取暖和照明、洗澡、洗衣服、在家使用电脑或笔记本电脑工作、运行电器、烹饪等。全球能源使用总量的近 40% 用于住宅用途。虽然，这也是浪费能源的常见方式。这是由于缺乏向公众提供的关于如何每天节约能源的教育。

商业用途：

商业用途包括商业建筑和空间的供暖、制冷和照明，组织和企业使用的电力。除了个人用途之外，这里的能源使用或多或少类似于工业空间中的使用。

交通用途：

这方面的能源消耗完全依赖能源，即超过百分之七十的石油用于交通运输部门。运输部门包括从私人汽车到卡车再到公共汽车和摩托车的所有车辆。它还包括飞机、轮船、火车和管道。

以下是我们周围能量的普遍重要性：

• 能源为通信、运输、计算机尖端医疗设备等提供动力。
• 能源支持经济和社会进步，改善生活质量。
• 可靠且负担得起的能源使产品和服务能够丰富和延长生命。
• 能源可以改善甚至挽救生命。
• 它支持扩大工业、现代农业、增加贸易和改善交通。
• 它创造了更好的生活并减少了贫困。

能量的形式和类型

存在不同形式的能量，它们都分为动能或势能。与运动相关的能量称为动能，而势能是与位置相关的能量，但不是“储存的能量”。

动能

• 动能——运动
  • 机械能——宏观系统的运动
    • 机器
    • 风能
    • 波浪能
    • 声音（声波、声学）能量
  • 热能——物质粒子的运动
    • 地热能
  • 电能——电荷的运动
    • 家庭电流
    • 闪电
  • 电磁辐射——电场和磁场的扰动（经典物理学）或光子运动（量子物理学）
    • 无线电、微波、红外线、光、紫外线、X 射线、伽马射线

太阳能

势能

• 势能——位置或排列
  • 引力势能
    • 过山车
    • 水车
    • 水力发电
  • 电磁势能
    • 电势能
    • 磁势能
    • 化学势能
    • 弹性势能
  • 强大的核势能
    • 核能
    • 核武器
  • 弱核势能

放射性衰变

热能、动能或机械能、光能、势能和电能是能量存在的各种形式。

加热 也称为来自原子或分子运动的热能。它可以被认为是与温度有关的能量。

动能 是运动的能量。一个很好的例子是摆动的摆锤。

势能 是由于物体的位置。一个很好的例子是相对于地板坐在桌子上的球，因为重力作用在它上面。

机械能 是物体的动能和势能之和。

光能 可以作为光子使用。

电能 是质子、电子或离子等带电粒子运动产生的能量。

磁能 是从磁场中获得的一种能量形式。

化学能 由化学反应释放或获得，由原子和分子之间的化学键断裂或形成而产生。

核能 是与原子的质子和中子相互作用产生的能量。一个很好的例子是裂变和聚变释放的能量。

能量单位

能量的 SI 单位是焦耳 (J) 或牛顿米 (N * m)。焦耳也是 SI 的工作单位。它以詹姆斯·普雷斯科特·焦耳的名字命名，他在一系列实验中独立发现了机械等效物。能量率（每单位时间的能量）的SI单位是瓦特，也就是焦耳每秒。

能源转换

有多种形式的能量转换，可能以不同的效率发生。在这些形式之间转换的项目称为转换器。换能器的一个很好的例子包括电池，它的转换发生在从化学能到电能的过程中。大坝从重力势能转变为流动水的动能以及涡轮机的叶片。此外，通过发电机或热机提供电能。

能量转换的好例子包括通过蒸汽轮机从能量中产生电能，或者使用电能驱动起重机电机来克服重力提升物体。对抗重力的升力对物体做机械功，并将重力势能储存在物体中。物体落到地面上，可以通过重力对物体进行机械工作。这将重力场中的势能转化为撞击地面时释放的热能。

另一个很好的能源例子是太阳，它将核势能转化为其他形式的能量。尽管它的总质量并没有减少，因为它仍然包含相同的总能量，即使它以不同的形式出现。然而，当能量逃逸到周围时，它的质量会减少，主要是辐射能。

观看下面的视频，了解更多关于能量转换的信息：

一项实验表明，在循环过程中，例如在热机中，热量如何有效地转化为功是有限度的。卡诺定理和热力学第二定律高度阐明了这一点。尽管如此，一些能源转换是高效的，尽管有一些因素需要考虑。熵帮助我们确定能量的转化方向（转化什么样的能量，转化成什么样的能量）

能量守恒

正如前面所说，能量守恒定律说能量既不能被创造也不能被消灭。热力学第一定律指出，除非能量通过功或热传入或传出，否则封闭系统的能量是恒定的，并且在传递过程中没有能量损失。也就是说，流入系统的总能量必须等于从系统流出的总能量，加上系统内所含能量的变化。如果有人测量或计算了相互作用不依赖于时间的粒子系统的总能量，则系统的总能量将始终保持不变。

一个很好的例子是当两个台球碰撞时，它们可能会静止，产生的能量会变得健全，并且在碰撞点可能会产生很少的热量。球运动时有动能。无论是运动还是静止，它们都具有势能，因为它们位于地面上方的桌子上。

一种常见的能量转换形式是在理想气体的可逆等温膨胀中将热量转化为功。热力学第二定律指出，做功的系统总是会损失一些能量作为废热。这限制了可以在循环过程中做功的热能。但是，机械能和其他形式的能量可以在另一个方向上转化为热能而没有这些限制。一个系统的总能量可以通过将系统中所有形式的能量相加来计算。

结论

能量是一个物理系统做功的能力，即一个系统有做功的能力就拥有能量。换句话说，只要做功，能量就会被转移或转化。这就是本文讨论能量的定义、使用、重要性、示例、类型和形式的全部内容。您还学习了度量单位、转换、能量守恒。

我希望你从阅读中得到足够的东西，如果有，请与其他学生分享。感谢阅读，我们下期再见！