【能量形式】揭曉能量的秘密:踏入能源資訊園地,探索各種能量形式

【能量形式】揭曉能量的秘密:踏入能源資訊園地,探索各種能量形式

能量

定義:能量作為一種間接觀測到的物理量,代表系統向周遭系統作用力的能力,與功的數值等同,即阻礙力作於一定時空的能量。一個身體的總能量取決於其品質;與品質一樣,能量既不能憑空產生,也不能無緣無故消失。如同品質,能量為一純量,在國際單位制中以焦耳為單位,但許多領域更傾向於使用千瓦時(千瓦小時)或千卡、電子伏特等作為單位,這些同時也是作業的單位。

能量形式 Play

能量轉換:一個系統或可通過物質傳遞將能量傳輸給另一系統(因物質品質等同於能量)。然而,若能量不是透過物質傳遞,而是透過其他方式傳送能量,那麼勢必會導致B系統發生變化,源自A系統對B系統做出功。這項作用顯著,就像一股動力作用於接收能量系統中的某個距離之上。譬如,A系統可透過能量電磁轉移(幅射)給予B系統,這將對吸收能量輻射的微粒施力。

能量形式

能量形式:能量不必然儲存在物質、動能或電磁能量的方式中。每當微粒在與其相互作用力場中,於外力的推動下通過一段距離,那此粒子的移動至場域新位置所需的能量因而儲存起來。粒子的確需要在外部作用力的支援之下,方才能夠留存於新位置上,否則其所處的場域最終將透過排放儲蓄的能量,迫使粒子回到原本的狀態。該種經由粒子於力場中更換位置,而儲存的能量便稱之為位能。簡言之,升高物體至某一高度所需的功便足以説明這種位能。

能量守恆:在任何能量轉換的程序中,整體能量保持不變,因系統總體能量僅在系統之間做轉移,於此同時有系統喪失能量,必會有另一系統獲得此失落的能量,促使損失與獲取達一均衡,以致總體能量恆常不變。這能量守恆定律係於19世紀初期提出,且可運用於任何閉鎖系統(其後雖有質能轉換方程式被發現,惟據此方程式也可視能量為品質另一種表現形式,因此該定律依舊成立)。根據諾特法則,能量守恆為時不我予的物理現象而取得之自然成果。

結論:能量既有可能從一種形式轉化為另一種形式,同時亦可透過能量變換器相互轉化。然而,能量可能無法以百分之百的效能完成此種轉換,能把不同能量予以轉換的機械便是能量變換器(transducer)。能量守恆定律為一基礎且廣為應用的原則。它源於時間平移對稱,而宇宙中的絕大多數現象能夠獨立於時間轉變因素而存在的緣故,事實上,將昨日、今日和明日產生的現象區分開來是不可能的。這是由於能量乃時正則共軛(canonical conjugate)量的原故,這在數學上便導致了不確定性:於有限時間長度期間內界定能量精確數值的行為具有不可行性。不過切莫將此種不確定性和能量守恆混為一談。更明確地説,能量守恆提供了一條於原則上可供評量及衡量的能量數學極限。

能量形式:定義、種類與應用

能量形式是指能量的不同顯現方式。能量可以以多種形式存在,每種形式都有其獨特的特性和用途。

能量形式的種類

能量形式可以分為以下幾種類型:

能量形式 定義 例子
機械能 物體運動或位置的能量 動能、勢能
熱能 物質的運動導致的能量 温度、熱傳遞
化學能 化學物質中的能量 燃料、電池
電能 電荷運動的能量 電壓、電流
磁能 磁性物質的能量 磁鐵、電磁體
核能 原子核中的能量 核反應、放射性
光能 電磁波的能量 太陽光、雷射
聲能 分子振動的能量 聲音、超音波

能量形式的轉換

能量形式可以相互轉換。例如:

  • 機械能可以轉換為熱能(摩擦生熱)
  • 化學能可以轉換為電能(電池)
  • 電能可以轉換為光能(燈泡)
  • 核能可以轉換為熱能(核電廠)

能量形式的應用

不同的能量形式在日常生活中和科學技術中有著廣泛的應用:

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