能量守恒定律

能量守恒定律(energy conservation law)

即熱力學(xué)第一定律是指在一個封閉(孤立)系統(tǒng)的總能量保持不變。其中總能量一般說來已不再只是動能與勢能之和，而是靜止能量(固有能量)、動能、勢能三者的總量。

能量守恒定律可以表述為:一個系統(tǒng)的總能量的改變只能等于傳入或者傳出該系統(tǒng)的能量的多少?？偰芰繛橄到y(tǒng)的機(jī)械能、熱能及除熱能以外的任何內(nèi)能形式的總和。

如果一個系統(tǒng)處于孤立環(huán)境，即不可能有能量或質(zhì)量傳入或傳出系統(tǒng)。對于此情形，能量守恒定律表述為:

"孤立系統(tǒng)的總能量保持不變。"

能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其它物體，而能量的總量保持不變。能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。

折疊

能量守恒定律的重要意義

能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物，大到宇宙天體。小到原子核內(nèi)部，只要有能量轉(zhuǎn)化，就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用，都是通過能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。能量守恒定律是人們認(rèn)識自然和利用自然的有力武器。

定律內(nèi)容

折疊能量

(1)自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動形式相對應(yīng)：物體運(yùn)動具有機(jī)械能、分子運(yùn)動具有內(nèi)能、電荷的運(yùn)動具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動具有原子能等等。

(2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化：“摩擦生熱是通過克服摩擦做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等等”。這些實例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且是通過做功來完成的這一轉(zhuǎn)化過程。

(3)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。（能量守恒定律的前提是，沒有外界干擾。）

（4）能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。

折疊表達(dá)形式

保守力學(xué)系統(tǒng)：在只有保守力做功的情況下，系統(tǒng)能量表現(xiàn)為機(jī)械能（動能和位能/勢能），能量守恒具體表達(dá)為機(jī)械能守恒定律。

熱力學(xué)系統(tǒng)：能量表達(dá)為內(nèi)能，熱量和功，能量守恒的表達(dá)形式是熱力學(xué)第一定律。

核力學(xué)系統(tǒng)：在核聚變、核裂變過程中，產(chǎn)生大量能量的同時，有大量的粒子射出，所以物體的質(zhì)量在減少。如果核聚變、核裂變的過程可逆，那么就需要大量的粒子和大量的能量來構(gòu)成核聚變、核裂變的逆變過程。核聚變與核聚變逆變、核裂變與核裂變逆變之間，它們的能量是守恒、質(zhì)量也是守恒。

總的流進(jìn)系統(tǒng)的能量必等于總的從系統(tǒng)中流出的能量加上系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化，能量能夠轉(zhuǎn)換，從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種形態(tài)。

系統(tǒng)中儲存能量的增加等于進(jìn)入系統(tǒng)的能量減去離開系統(tǒng)的能量守恒。

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公式

1.阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×10^23/mol;分子直徑數(shù)量級10-10米

2.油膜法測分子直徑d=V/s{V:單分子油膜的體積(m3)，S:油膜表面積(m)2｝

3.分子動理論內(nèi)容：物質(zhì)是由大量分子組成的;大量分子做無規(guī)則的熱運(yùn)動;分子間存在相互作用力。

4.分子間的引力和斥力(1)r10r0，f引=f斥≈0，F(xiàn)分子力≈0，E分子勢能≈0

5.熱力學(xué)第一定律W+Q=ΔU{(做功和熱傳遞，這兩種改變物體內(nèi)能的方式，在效果上是等效的)，W:外界對物體做的正功(J)，Q:物體吸收的熱量(J)，ΔU:增加的內(nèi)能(J)，涉及到第一類永動機(jī)不可造出〔見第二冊P40〕｝

6.熱力學(xué)第二定律

克氏表述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其它變化(熱傳導(dǎo)的方向性);

開氏表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化(機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性){涉及到第二類永動機(jī)不可造出〔見第二冊P44〕｝

7.熱力學(xué)第三定律：熱力學(xué)零度不可達(dá)到{宇宙溫度下限：-273.15攝氏度(熱力學(xué)零度)｝

注:

(1)布朗粒子不是分子,布朗顆粒越小，布朗運(yùn)動越明顯,溫度越高越劇烈;

(2)溫度是分子平均動能的標(biāo)志;

(3)分子間的引力和斥力同時存在,隨分子間距離的增大而減小,但斥力減小得比引力快;

(4)分子力做正功，分子勢能減小,在r0處F引=F斥且分子勢能最小;

(5)氣體膨脹,外界對氣體做負(fù)功W<0;溫度升高，內(nèi)能增大ΔU>0;吸收熱量，Q>0

(6)物體的內(nèi)能是指物體所有的分子動能和分子勢能的總和，對于理想氣體分子間作用力為零，分子勢能為零;

(7)r0為分子處于平衡狀態(tài)時，分子間的距離;

核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能+光能，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能

電燈的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能+光能

花草把太陽能轉(zhuǎn)化為生物能

水庫把水的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能

動物把生物能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能+內(nèi)能

能量守恒定律解釋人生如下：

用這個定律還解釋人生，是對于人生的啟示：人生有得就有失，有贏就有輸，我們既要學(xué)會做加法，也要學(xué)會做減法，保持自我的動態(tài)平衡。要學(xué)會節(jié)制克欲，幸福與健康才能持久。

比如現(xiàn)代人存在年輕時拼命工作，身體健康出問題后就只能少工作了。比如某些東西吃多了，酒、海鮮等，到了一定程度也會出問題，也只能少吃了。人生確實是如此，人在一方面得到很多，必定有一方面失去很多，也可用一句話來概括，就是上天對每個人都是公平的。

能量守恒定律的本質(zhì)：

常見表述：能量既不會憑空產(chǎn)生也不會憑空消失，它只會從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量總量保持不變。

熱力學(xué)第一定律：普遍的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律在一切涉及宏觀熱現(xiàn)象過程中的具體表現(xiàn)。熱力學(xué)第一定律確認(rèn)，任意過程中系統(tǒng)從周圍介質(zhì)吸收的熱量、對介質(zhì)所做的功和系統(tǒng)內(nèi)能增量之間在數(shù)量上守恒。