為什么能量是守恒的
說到能量守恒定律,相信大家都不會陌生,我們在物課中了解到,在力學(xué)中,能量都是平衡的,物體的運(yùn)動和能量都是有著一定的規(guī)律的,那么大家知道為什么能量是守恒的嗎?下面就和小編一塊來了解一下能量守恒定律的原吧。
在一個(gè)力學(xué)體系里,能量守恒定律是可以推導(dǎo)出來的。例如在牛頓力學(xué)中,我們可以從牛頓第二定律推出系統(tǒng)能量的變化等于外力所做的功。如果總外力等于零,那么系統(tǒng)的能量就不變。不過,在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)描述的各種不同的系統(tǒng)中,都可以推導(dǎo)出能量守恒。這是不是一個(gè)驚人的巧合呢?1915年,德國數(shù)學(xué)家艾米&iddt;諾特告訴我們,這并不是一個(gè)巧合。能量守恒定律和力學(xué)體系的大部分細(xì)節(jié)都沒有關(guān)系,而只是時(shí)間平移對稱性的結(jié)果。如果一個(gè)物系統(tǒng)遵循的運(yùn)動定律在過去、現(xiàn)在和將來都是一樣的,系統(tǒng)中的能量就是守恒的。
愛因斯坦的相對論,把能量和質(zhì)量聯(lián)系了起來,使得我們能夠從&ld;物質(zhì)不滅&rd;的角度來解能量守恒定律。一個(gè)孤立的質(zhì)心靜止的物體系的能量,在外部看來,完全等價(jià)于其靜態(tài)質(zhì)量。著名的愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系是:能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。當(dāng)這個(gè)體系的質(zhì)心做體運(yùn)動時(shí),總能量等于靜態(tài)質(zhì)量對應(yīng)的能量乘以一個(gè)與速度有關(guān)的因子。有時(shí)我們又將總能量對應(yīng)于運(yùn)動質(zhì)量,愛因斯坦關(guān)系也成立:總能量等于運(yùn)動質(zhì)量乘以光速平方。這樣,能量守恒就可以說成是質(zhì)量守恒。這個(gè)陳述與物質(zhì)不滅的觀概念最為接近。
如果能量等于質(zhì)量乘以光速平方,說明質(zhì)量在一些情況下可以轉(zhuǎn)換為純粹的動能。例如,光的能量完全是動能,因?yàn)楣獾撵o止質(zhì)量為零。質(zhì)量轉(zhuǎn)換為能量的最直接的例子是一對正負(fù)電子湮滅成一對光子,這樣正負(fù)電子的靜止能量完全轉(zhuǎn)換為動能。而光子的能量又能為電子吸收轉(zhuǎn)換為電子的動能‐‐在一個(gè)很大的體系中,很多電子的動量其實(shí)就是熱能。這樣,靜止能量可以轉(zhuǎn)換為熱能,這正是核能源的本質(zhì)。