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能量守恒定律的基本公式

生活 更新时间:2024-10-13 03:29:53

能量是一個奇妙的東西,它存在于我們得周圍,但我們既摸不着它,也看到它。根據偉大物理學家愛因斯坦的經典能量公式E=mc²可知,任何有質量的物體都具有能量,這其中包括小到肉眼觀察不到的分子與原子,大到地球和太陽。今天,我們不研究這些物體所具有的能量,我們隻研究能量守恒定律與第一永動機的悖論。

能量守恒定律的基本公式(能量守恒定律與第一永動機)1

其實,關于物體的能量守恒在前面我們已經有所介紹過,那就是機械能守恒定律。也就是說,物體不受外力對它做功時,物體的機械能是守恒的。在最簡單的機械能守恒中,人們規定,物體的勢能增加或減少多少,物體的動能就會增加或減少多少,這是機械能守恒定律的核心部分。

能量守恒定律的基本公式(能量守恒定律與第一永動機)2

機械能守恒的前提條件是物體不受外力或外力對物體所做的功為零。但是,如果一旦物體受到了外力做功後,那麼就有能量守恒這一說法了。假設一個人用酒精燈去加熱一塊玻璃,在玻璃沒有破碎之前,那麼酒精燈的熱量轉化成玻璃的什麼能呢?

能量守恒定律的基本公式(能量守恒定律與第一永動機)3

分析:在酒精燈燃燒玻璃的過程中,玻璃與酒精燈處于靜止狀态,中間是沒有機械能增加的。然而此時,玻璃的溫度在不斷的升高,玻璃的内能也随之增加,也就是說,玻璃從酒精燈中吸收的熱量全部轉化為玻璃的内能了,用關系式表述為△U=Q,其中△U為物體的内能增量,Q為物體吸收的熱量。

能量守恒定律的基本公式(能量守恒定律與第一永動機)4

在比如,我們在使用氣筒給輪胎充氣的過程中,如果這個過程持續的時間長,當你停止給輪胎充氣後,用手去摸氣筒時并能感覺到氣筒發燙。那麼,這一過程又該如何解釋呢?其實,這就是能量守恒最常見的實例,在氣筒給輪胎充氣的過程中,氣筒厚壁與活塞在不停的摩擦,這時摩擦力對氣筒壁做功使氣筒壁的内能增加,從而使氣筒的溫度升高。這一過程中,用一個關系式△U=Q W,式中的W為外界對物體所做的功。

能量守恒定律的基本公式(能量守恒定律與第一永動機)5

因此,人們在此基礎上進行了一系列觀察與研究,終于得出了能量守恒定律,即能量既不會憑空産生,也不會憑空消失,它隻能從一種形式轉化為另一種形式,或者從一個物體轉移到别個物體上,能量在轉化或轉移過程中,其總量總保持不變,這就是著名的能量守恒定律。

也就是說,地球上無論人們怎樣蓋高樓大廈,地球的總能量不變。從物質的微觀角度來說,構成物體的微粒子在地球上的總量是沒有減少的,那麼地球的質量也就沒有減少,進而說明地球的能量也就沒有任何改變。

能量守恒定律的基本公式(能量守恒定律與第一永動機)6

但是,總有一些人敢于挑戰權威,于是大膽的提出了永動機的構造模型,并以此模型為依據,制成了傳說中的永動機。然而,永動機沒有運行多長時間後就停止。換一句話說,永動機的能量在不斷的減少,因此,第一動機永遠不可能制成的原因是它違背了能量守恒定律。

能量守恒定律的基本公式(能量守恒定律與第一永動機)7

看到這裡,也許有人會說,在電視劇中,為什麼我們能時常看到水車在沒有外力的情況也能不停的運轉呢,它難道就不是傳說中的永動機嗎?所以,很多高中生就由此開始崇拜古人的智慧了。那麼,水車之所以能不停的運轉,它靠的是什麼呢?活着是什麼能在水車之間轉化呢?

能量守恒定律的基本公式(能量守恒定律與第一永動機)8

我們知道,水車在不停的運轉時,假如我們不考慮水車的葉輪在水中的阻力,此時就有水的勢能轉化為水車的動能,從而使水車不停的運轉。因此,有水車的地方就一定存在着地勢差。假如考慮到水車的葉輪受到的阻力因素,我們也能得出一個結論,那就是水的勢能一定是大于或等于水車的動能和阻力對水車所做功之和的。

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