A. 物理學中的能量具體是什麼
能量是物質運動轉換的量度,簡稱「能」。世界萬物是不斷運動的,在物質的一切屬性中,運動是最基本的屬性,其他屬性都是運動的具體表現。能量是表徵物理系統做功的本領的量度。
對應於物質的各種運動形式,能量也有各種不同的形式,它們可以通過一定的方式互相轉換。
在機械運動中表現為物體或體系整體的機械能,如動能、勢能、聲能等。在熱現象中表現為系統的內能,它是系統內各分子無規則運動的動能、分子間相互作用的勢能、原子和原子核內的能量的總和,但不包括系統整體運動的機械能。對於熱運動能(熱能),人們是通過它與機械能的相互轉換而認識的(見熱力學第一定律) 。
空間屬性是物質運動的廣延性體現;時間屬性是物質運動的持續性體現;引力屬性是物質在運動過程由於質量分布不均所引起的相互作用的體現;電磁屬性是帶電粒子在運動和變化過程中的外部表現,等等。物質的運動形式多種多樣,每一個具體的物質運動形式存在相應的能量形式。
宏觀物體的機械運動對應的能量形式是動能;分子運動對應的能量形式是熱能;原子運動對應的能量形式是化學能;帶電粒子的定向運動對應的能量形式是電能;光子運動對應的能量形式是光能,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採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的共同特性。
因此可以對能量作出定義:
能量在古希臘語中意指「活動、操作」,是一個間接觀察的物理量,被視為某一個物理系統對其他的物理系統做功的能力。功被定義為力在物體沿力的方向發生位移的空間積累效應,並且等於力與在力的方向上通過的位移的乘積。
一個物體所含的總能量奠基於其總質量,能量同質量一樣既不會憑空產生,也不會憑空消滅。能量和質量一樣都是標量。在國際單位制中,能量的單位是焦耳,但有時使用其他單位如千瓦·時和千卡,這些也是功的單位。能量是用以衡量所有物質運動規模的統一量度。
A系統可以藉由簡單的物質轉移將能量傳遞到B系統中(因為物質的質量等價於能量)。如果能量不是藉由物質轉移而傳遞能量,而是由其他方式傳遞,會使B系統產生變化,因為A系統對B系統作功。功的效果如同一個力以一定的距離作用在接收能量的系統中。例如,A系統可以經過電磁輻射到B系統,使吸收輻射能量的B系統內部的粒子產生熱運動。一個系統也可以通過碰撞傳遞能量,在這種情況下被碰撞的物體會在一段距離內受力並獲得運動的能量,稱為動能。熱能的傳遞則可以由以上兩個方法產生:熱可以由輻射能轉移能量,或者直接由系統間粒子的碰撞而轉移動能。
能量可以不用表現為物質、動能或是電磁能的方式而儲存在一個系統中。當粒子在與其有相互作用的一個場中移動一段距離(需藉由一個外力來移動),此粒子移動到這個場的新的位置所需的能量便被儲存了。當然粒子必須藉由外力才能保持在新位置上,否則其所處在的場會藉由推或者是拉的方式讓粒子回到原來的狀態。這種藉由粒子在力場中改變位置而儲存的能量就稱為位能(勢能)。一個簡單的例子就是在重力場中往上提升一個物體到某一高度所需要做的功就是位能(勢能)。
任何形式的能量可以轉換成另一種形式。舉例來說,當物體在力場中自由移動到不同的位置時,位能可以轉化成動能。當能量是屬於非熱能的形式時,它轉化成其他種類的能量的效率可以很高甚至是完美的轉換,包括電力或者新的物質粒子的產生。然而如果是熱能的話,則在轉換成另一種形態時,就如同熱力學第二定律所描述的,總會有轉換效率的限制。
在所有能量轉換的過程中,總能量保持不變,原因在於總系統的能量是在各系統間做能量的轉移,當從某個系統間損失能量,必定會有另一個系統得到這損失的能量,導致失去和獲得達成平衡,所以總能量不改變。這個能量守恆定律,是在19世紀初提出,並應用於任何一個孤立系統。根據諾特定理,能量守恆是由於物理定律不會隨時間而改變所得到的自然結果。
雖然一個系統的總能量,不會隨時間改變,但其能量的值,可能會因為參考系而有所不同。例如一個坐在飛機里的乘客,相對於飛機其動能為零;但是相對於地球來說,動能卻不為零,也不能以單獨動量去與地球相比較。
能量是物理學的基本概念之一,從經典力學到相對論、量子力學和宇宙學,能量總是一個核心概念。
在一般常用語或科普讀物中能量是指一個系統能夠釋放出來的、或者可以從中獲得的、可以相當於做一定量的功。比如說1千克汽油含12千瓦小時能量,是指假如將1千克的汽油中的化學能全部施放出來的話可以做12KWh的功。
能量是物理學中描寫一個系統或一個過程的物理量。一個系統的能量可以被定義為從一個零能量的狀態轉換為該系統現狀的功的總和。一個系統有多少能量在物理中並不是一個確定的值,它隨著對這個系統的描寫而變換。人體在生命活動過程中,一切生命活動都需要能量,如物質代謝的合成反應、肌肉收縮、腺體分泌等等。而這些能量主要來源於食物。動、植物性食物中所含的營養素可分為五大類:碳水化合物、脂類、蛋白質、礦物質和維生素,加上水為六大類。其中,碳水化合物、脂肪和蛋白質經體內氧化可釋放能量。三者統稱為「產能營養素」或「熱源物質」。
能量守恆定律表明能量不會憑空產生,也不會憑空消失,只能從一種形式轉化為另一種形式,而能的總量保持不變。能量是標量,不是矢量,沒有方向。至於正物質與反物質並不是說質量有正負,而是原子核的電性相反,相遇後質量轉化為能量。任何運動都需要能量。能量的形式有許多種,例如光能、聲能、熱能、電能,機械能、化學能、核能等。舉一個例子,觀察一個質量為1Kg的固體的能量:
在經典力學中,其能量就是從靜止加速到現有速度所作的功的總和。
在經典熱學中,其能量就是從絕對零度加熱現有溫度所作的功的總和。
在物理化學中,其能量就是合成這個固體時對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對它做功達到現有狀態的功的總和。
還可以用相反的方法來定義這個固體所含的能量。舉兩個例子:
該固體的內能是將它冷卻到絕對零度所釋放出來的功的總和。
該固體的原子能是將其結合能在原子核裂變或聚變反應中釋放出來變成反應產物的動能。
能量雖然是一個常用和基本的物理概念,同時也是一個抽象的物理概念。事實上,物理學家一直到19世紀中才真正理解能量概念,在此之前常常與力、動量等概念混淆。
能量有很多,比如:
化學能
物質發生化學變化(化學反應)時釋放或吸收的能量。如干電池和蓄電池的放電是化學能轉變成電能;給電池充電則是電能轉變成化學能 。其本質是原子的外層電子變動,導致電子結合能改變而放出的能量。正負電子對湮沒成光子,就是電子的靜能轉換成光子的能量 。
熱能
物質內部原子分子熱運動的動能,溫度愈高的物質所包含的熱能愈大。熱機是膨脹的水蒸氣把它的熱能變成了熱機的動能。
電能
正負電荷之間由於電力作用所具有的(電)勢能,可以用電場強度表達出來。真空中的電能密度(單位體積內的電能)即電場能量密度w=E2/2;介質中的電能密度w=E·D/2,式中D是電位移矢量,E是電場強度。電能的提取就是將電勢能變成帶電粒子的動能,如導體中的電流或加速器中的荷電粒子束。磁能是指磁場能,磁能密度w=H·B/2,式中H是磁場強度,B是磁感應強度。電能密度與磁能密度之和為電磁能密度(電磁場能量密度)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
原子核內核子的結合能,它可以在原子核裂變或聚變反應中釋放出來變成反應產物的動能 。根據狹義相對論,物體的質量m和能量E之間存在著質能關系E=mс2(с為真空中的光速)。因此,當物體靜止時也具有能量。物質的能量、質量這二者是密切相關的。原子核的質量比組成它的核子的總質量小,即自由核子結合成原子核時有能量釋放出來,這能量稱為原子核的結合能。比結合能(原子核中平均每核子的結合能)低的重核裂變成比結合能高的較輕核,或幾個比結合能低的輕核聚合成一個比結合能高的較重核,所釋放的能量就是原子能。
B. 物理中的能如何理解
物質運動的一般量度。物質運動有多種形式,表現各異,但可互相轉換,表明這些運動有共性,也有內在的統一的量度,即能量。能量以機械能、內能、電能、化學能等各種形式,出現在不同的運動中,並通過作功、傳熱等方式進行轉換。能量的單位為焦耳、爾格、千瓦小時、電子伏(特)等。
能量這個詞是 T.楊 1801 年在倫敦國王學院講自然哲學時引入的,他針對當時把質量與速度二次方之積稱為活力或上升力的觀點,提出用能量這個詞表示上述乘積是妥當的 ,並和物體所作的功相聯系。但並未引起重視,人們仍認為不同的運動中蘊藏著不同的力。直到能量守恆定律被確認後 ,才認識能量概念的重要意義。
在狹義相對論中,能量和另一個重要物理概念即質量聯系在一起了,建立了質能關系公式,這個公式更深刻地闡明了能量的物質性,並為尋找新能源提供了重要線索。
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"能量"在物理中的意義:
能量是物理學中描寫一個系統或一個過程的一個量。一個系統的能量可以被定義為從一個被定義的零能量的狀態轉換為該系統現狀的功的總和。一個系統到底有多少能量在物理中並不是一個確定的值,它隨著對這個系統的描寫而變換。 人體在生命活動過程中,一切生命活動都需要能量,如物質代謝的合成反應、肌肉收縮、腺體分泌等等。而這些能量主要來源於食物。動、植物性食物中所含的營養素可分為五大類:碳水化合物、脂類、蛋白質、礦物質和維生素,加上水則為六大類。其中,碳水化合物、脂肪和蛋白質經體內氧化可釋放能量。三者統稱為「產能營養素」或「熱源質」。
能量是一種客觀存在,自然界的萬物都是他的表現形式。與物質都存在反物質一樣他也有相對的反能量。當他們相遇時系統就恢復平靜了,就什麼都沒有了,就不存在了。
通常每克碳水化合物、脂肪、蛋白質在人體內平均可產生代謝能力分別為4kcal、9kcal、4lcal。同時一般情況下一個人在5-7天內的熱能攝入量等於消耗量
能量攝入過剩,則會在體內貯存起來。人體內能量的貯存形式是脂肪,脂肪在體內的異常堆積,會導致肥胖和機體不必要的負擔,並可成為心血管疾病、某些癌症、糖尿病等退行性疾病的危險因素。
人體每日攝入的能量不足,機體會運用自身儲備的能量甚至消耗自身的組織以滿足生命活動的能量需要。人長期處於飢餓狀態,在一定時期內機體會出現基礎代謝降低、體力活動減少和體重下降以減少能量的消耗,使機體產生對於能量攝入的適應狀態,此時,能量代謝由負平衡達到新的低水平上的平衡。其結果引起兒童生長發育停滯,成人消瘦和工作能力下降。
任何運動都需要能量。能量的形式有許多如:光聲熱電,有機械能,化學能,熱能,電能,聲能等等。
舉一個例子而言,我們觀察一個質量為1kg的固體的能量:
假如我們在研究經典力學而只對它的動能感興趣的話,那麼它的能量就是我們要將它從靜止加速到它現有速度所加的功的總和。
假如我們在研究熱學而只對它的內能感興趣的話,那麼它的能量就是我們要將它從絕對零度加熱到它現有溫度所加的功的總和。
假如我們在研究物理化學而只對它所含有的化學能感興趣的話,那麼它的能量就是我們在合成這個固體時對它的原料加入的功的總和。
假如我們在研究原子物理而只對它所含的原子能感興趣的話,那麼它的能量就是我們從原子能為零的狀態對它做功、使它達到現在狀態的功的總和。
當然我們也可以用反過來的方法來定義這個固體所含的能量,舉兩個例子:
該固體的內能是將它冷卻到絕對零度所釋放出來的功的總和。
該固體的原子能是將它所含的所有的原子能全部釋放出來的功的總和。
可見,能量雖然是一個非常常用和非常基礎的物理概念,但同時也是一個非常抽象和非常難定義的物理概念。事實上,物理學家一直到19世紀中才真正理解能量這個概念。在此之前能量常常被與力、動量等概念相混。有一段時間里,物理學家使用過一個稱為「活力」的、與能量非常相似的概念,其意思是一種使物體活潑起來(動起來、熱起來)的力。英語中的能量一詞energy是兩個希臘詞的組合:εν是「在……之中」的意思,εργοs是「功、勞動」的意思。加在一起 en-ergi 就是「加進去的功」的意思。
[編輯本段]正常需要
中國營養學會2000年提出中國居民膳食能量參考攝入量指出,成年男性輕、中體力勞動者每日需要能量為2400-2700kcal;女性輕、中體力勞動者每日需要能量為2100-2300kcal.嬰兒、兒童和青少年、孕婦和乳母、老年人各自的生理特點不同,能量需要也不盡相同。
在物理學中,能量是最基礎的一個概念之一,從開門的經典力學到宇宙學、相對論和量子力學,能量總是一個中心的概念。
一般在常用語中或在科普讀物中能量是指一個系統能夠釋放出來的、或者可以從中獲得的、可以相當於做一定量的功。比如說1千克汽油含12千瓦小時能量的話,那麼是指假如將1千克的汽油中的化學能全部施放出來的話可以做12kWh的功。
能量在物理中的符號一般是E,其國際單位是焦耳J。除焦爾外常用的還有千瓦小時kWh和卡cal:
1J=0.2388cal=(3.6*10^6)^(-1)kWh
除此之外在物理中,尤其在原子物理和粒子物理中還常使用電子伏:
1 eV = 1.602 176 462(63) · 10-19 J
對能量最本質的公式是質能方程式E=MC2
為什麼質量和能量之間能等價,又為什麼其涉及到光速平方的倍比關系,又為什麼各種不同來源的能量單位是等價的,「博宇十論」從宇宙演化、物質構造上給予了終極的回答:物質的最小單位是能量子。
C. 人體運動能量的來源是什麼----(從物理/生物學角度)
1:人體直接能量來源是ATP,主要來源葡萄糖,最多貯存能量來源脂肪。
ATP中有高能磷酸鍵水解放出大量能量,並產生ADP,ADP在細胞內呼吸作用產生的能量又結果成ATP,這樣能量持續問題就得到解釋了。ATP釋放的能量作用在運動細胞上,從而使運動神經作出相應的運動,就轉化為了宏觀上人的動能。
2:理論上可以做到的,因為這些實際都是由細胞來完成基礎工作的,所以如果能做出這種合適的培養皿,是可以做到的。並且,現在的克隆技術,可以做到,克隆部分組織和器官,但遺憾的是,這些再完美再接近,也仍是不完整一個機體,存在著讓人無法預知結果。所以只是理論上可行,實際還是有一定距離的。
3:這里想說下,那個公式是說明了質量和能量之間的關系,但不是說,速度越快,能量越多,公式中的C是光速,在相對論中,光速是極限,沒有比光速更快的速度了,而且公式用的就是光速這個常量,不可以用其它速度來代替運算的,因此速度不影響能量。
質量越大,能量確實越大,但有點,具備這些能量的物體,不一定能激發這些能量,比如體重50KG的人,能量用上面的公式知道會很大,可是無法激發,並利用這些能量。只有在像核反應這些極端反應下,這種能量才可能並激發並為人所用。同樣,像聚合反應(氫彈原理)時的質量虧損,也可以用這個來算,這也是氫彈威力強大的一個原因。