能量守恆定律、熱力學定律,在這裡可以一起學,一看就都會了

能量守恆定律（energy conservation law）即熱力學第一定律是指在一個封閉（孤立）系統的總能量保持不變。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。

重力勢能—需具有高度、質量

它最早由託馬斯·楊於1801年提出的。

能量守恆定律可以表述為：一個系統的總能量的改變只能等於傳入或者傳出該系統的能量的多少。總能量為系統的機械能、熱能及除熱能以外的任何內能形式的總和。

如果一個系統處於孤立環境，即不可能有能量或質量傳入或傳出系統。對於此情形，能量守恆定律表述為：

「孤立系統的總能量保持不變。」

動能—需具有質量、速度

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

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。

能量（energy）是物質所具有的基本物理屬性之一，是物質運動的統一量度。

能量的單位與功的單位相同，在國際單位制中是焦耳（J）。在原子物理學、原子核物理學、粒子物理學等領域中常用電子伏（eV）作為單位，1電子伏=1.602,18×10－19焦。物理領域，也用爾格（erg）作為能量單位，1爾格=10－7焦。

太陽能

能量以多種不同的形式存在；按照物質的不同運動形式分類，能量可分為機械能、化學能、熱能、電能、輻射能、核能。這些不同形式的能量之間可以通過物理效應或化學反應而相互轉化 。各種場也具有能量。

能量（Energy）這個詞是T.楊於1807年在倫敦國王學院講自然哲學時引入的，針對當時的「活力」或「上升力」的觀點，提出用「能量」這個詞表述，並和物體所作的功相聯繫，但未引起重視，人們仍認為不同的運動中蘊藏著不同的力。1831年法國學者科裡奧利又引進了力做功的概念，並且在「活力」前加了1/2係數，稱為動能，通過積分給出了功與動能的聯繫。1853年出現了「勢能」，1856年出現了「動能」這些術語。直到能量守恆定律被確認後 ，人們才認識到能量概念的重要意義和實用價值。

託馬斯·楊

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。

電能

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。

不同形式的能量之間可以通過物理效應或化學反應而相互轉化。

對應於物質的各種運動形式，能量有各種不同的形式。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（舊稱熱能），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）。各種場也具有能量 。

內能（俗稱熱能）

機械能、化學能、熱能、電（磁）能、輻射能、核能等不同類型的能量之間相互轉化的方式多種多樣。例如，最常見的電能（交流電和電池）可以由多種其他形式的能量轉變而來，如機械能–電能的轉變（水力發電）、核能–熱能–機械能–電能的轉變（核能發電）、化學能–電能的轉變（電池）等 。

常見表述：能量既不會憑空產生也不會憑空消失，它只會從一個物體轉移到另一個物體，或者從一種形式轉化為另一種形式，而在轉化或轉移的過程中，能量總量保持不變。熱力學第一定律：普遍的能量守恆和轉化定律在一切涉及宏觀熱現象過程中的具體表現。熱力學第一定律確認，任意過程中系統從周圍介質吸收的熱量、對介質所做的功和系統內能增量之間在數量上守恆。

機械能=重力勢能+動能+彈性勢能

熱力學第一定律即能量守恆定律，它是人類經驗的總結，不能用任何別的原理來證明。熱力學系統能量表達為內能、熱量和功，熱力學第一定律是能量守恆的一種表達形式。從它導出的結論，還沒有發現與事實有矛盾。根據熱力學第一定律可以設想，要製造一種機器，它既不靠外界供給能量，本身也不減少能量，卻不斷地對外做功而不消耗能量。

第一類永動機違背能量守恆定律

人們把這種假想的機器稱為第一類永動機。因為對外界做功就必須消耗能量，不消耗能量就無法對外界做功，因此第一定律也可以表達為「第一類永動機是不可能造成的」。反過來，第一類永動機永遠不能造成，也就證明了第一定律是正確的。

在一個封閉的力學系統（保守力學系統）中，只有保守力做功，沒有機械能與其他形式能量之間相互轉換時，則機械能守恆，系統能量表現為機械能。能量守恆具體表現為機械能守恆定律。機械能守恆定律是能量守恆定律的一個特例。

第一類永動機違背能量守恆定律

能量守恆定律表明，能量只能從一種形式變為另一種形式而無法憑空產生或者是消滅。能量守恆是時間的平移對稱性（平移不變性）得出的數學結論（見諾特定理）。

根據能量守恆定律，流入的能量等於流出的能量加上內能變化。

此定律是物理學中相當基本的判據。依照時間的平移對稱性（平移不變性），物理定律（定理）在任何時間都成立。

擺球來回擺動符合能量守恆定律

在狹義相對論中能量守恆定律表現為質能守恆定律。質能守恆定律是能量守恆定律的特殊形式。質能公式E=mc2描述了質量與能量對應關係。在經典力學中，質量和能量之間是相互獨立的，但在相對論力學中，能量和質量是物體力學性質的兩個方面的同一表徵。

在相對論中質量被擴展為質量-能量。原來在經典力學中獨立的質量守恆和能量守恆結合成為統一的質能守恆定律，充分反映了物質和運動的統一性。

單一質量粒子的相對論能量包括其靜止質量及其動能。若一質量粒子動能為零（或在相對靜止參考系中），或是一個有動能的系統在動量中心繫中，其總能量（包括系統內部的動能）和其靜止質量或不變質量有關，其關係式即為著名的E=mc2。

愛因斯坦和？？？

因此只要觀測者的參考系沒有改變，狹義相對論中能量對時間的守恆性仍然成立，整個系統的能量仍然不變，位在不同參考系下的觀測者會量測的能量大小不同，但各觀測者量到的能量數值都不會隨時間改變。

不變質量由能量-動量關係式所定義，是所有觀測者可以觀測到的系統質量和能量的最小值，不變質量也會守恆，而且各觀測者量測到的數值均相同。

人們根據大量實驗確認了能量守恆定律，即不同形式能量之間相互轉換時，其量值守恆。焦耳熱功當量實驗是早期確認能量守恆定律的有名實驗，而後在宏觀領域內建立了能量轉換與守恆的熱力學第一定律。

焦耳

康普頓效應確認能量守恆定律在微觀世界仍然正確，後又逐步認識到能量守恆定律是由時間平移不變性決定的，從而使它成為物理學中的普遍定律（見對稱性和守恆律）。

應當注意，能量這一概念有其應用範圍，根據廣義相對論，在一定條件下就不再能使用能量這種量度。

在愛因斯坦的狹義相對論中，能量是四維動量中的一個分量。在任意封閉系統，在任意慣性系觀測時，這個向量的每一個分量（其中一個是能量，另外三個是動量）都會守恆，不隨時間改變，此向量的長度也會守恆（閔可夫斯基模長），向量長度為單一質點的靜止質量，也是由多質量粒子組成系統的不變質量（即不變能量）。

光速

在量子力學中，量子系統的能量由一個稱為哈密頓算符的自伴算符來描述，此算符作用在系統的希爾伯特空間（或是波函數空間）中。

若哈密頓算符是非時變的算符，隨著系統變化，其出現概率的測量不隨時間而變化，因此能量的期望值也不會隨時間而變化。

量子場論下局域性的能量守恆可以用能量-動量張量運算子配合諾特定理求得。由於在在量子理論中沒有全域性的時間算子，時間和能量之間的不確定關係只會在一些特定條件下成立，與位置和動量之間的不確定關係作為量子力學基礎的本質有所不同（見不確定性原理）。

在每個固定時間下的能量都可以準確的量測，不會受時間和能量之間的不確定關係影響，因此即使在量子力學中，能量守恆也是一個有清楚定義的概念。

高出的水具有重力勢能

能量守恆定律是許多物理定律的特徵。以數學的觀點來看，能量守恆是諾特定理的結果。如果物理系統在時間平移時滿足連續對稱，則其能量（時間的共軛物理量）守恆。

相反的，若物理系統在時間平移時無對稱性，則其能量不守恆，但若考慮此系統和另一個系統交換能量，而合成的較大系統不隨時間改變，這個較大系統的能量就會守恆。

由於任何時變系統都可以放在一個較大的非時變系統中，因此可以藉由適當的重新定義能量來達到能量的守恆。對於平坦時空下的物理理論，由於量子力學允許短時間內的不守恆（例如正-反粒子對），所以在量子力學中並不遵守能量守恆。

託麥斯·楊

能量守恆定律根據諾特定理，表達了連續對稱性和守恆定律的對應。守恆定律是物質運動過程中所必須遵守的最基本的法則，它已成為物理學中一個最普遍而深刻的觀念。

例如，物理定律不隨著時間而改變，這表示它們有關於時間的某種對稱性。諾特定理和量子力學深刻相關，因為它僅用經典力學的原理就可以辨別和海森堡不確定性原理相關的物理量（譬如時間和能量）。對於時間平移的不變性給出了著名的能量守恆定律。

你知道他是誰了嗎

時空表現為均勻和各向同性的，坐標系原點的平移和坐標軸的轉動都是對稱變換，它們構成非齊次洛倫茲群，又稱龐加萊群。

在龐加萊群中，與平移生成元對應的物理量為能量-動量矢量。能量、動量守恆以及角動量守恆與時空均勻性和各向同性直接相關，它不依賴於物質的具體內容。

不論是微觀的還是宏觀的，是粒子還是場，所有在均勻和各向同性的時空中運動的物質都遵守能量、動量和角動量的守恆律 。

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