從熱力學到能量的本質：不可抗拒的能量
能量是物理學中一個重要的概念，在各個領域扮演著至關重要的角色。它被定義為一種間接觀察到的物理量，描述了系統對其他系統做功的能力。功的定義為力在一定距離上的作用，因此能量等同於抵消特定作用力的能力。
任何系統的總能量來源於其質量。能量就像質量一樣，不會無中生有或憑空消失。它是一種純量，在國際單位制中以焦耳為單位。除了焦耳之外，其他常見的能量單位還有千瓦時（kWh）和電子伏特（eV），這些單位也可用於表示功。
一個系統可以通過物質轉移將能量傳遞到另一個系統，因為物質的質量與能量等效。然而，如果能量不是通過物質轉移而是通過其他方式傳遞，接收能量的系統會發生改變，因為原始系統對接收系統做了功。這種功類似於力在一定距離上作用於接收能量的系統。例如，原始系統可以通過輻射電磁能量到接收系統，這會在吸收輻射能量的粒子中產生力。
能量不僅可以表現為物質、動能、或電磁能，還可以儲存在系統中。當粒子在與之交互作用的力場中受外力移動一段距離，移動到這個場的新位置所需的能量就被儲存在這個場中。粒子必須藉由外力才能保持在新位置上，否則其所處的場會藉由釋放儲存能量的方式，讓粒子回到原來的狀態。這種藉由粒子在力場中改變位置而儲存的能量就稱為位能。
任何形式的能量都可以轉換成另一種形式。例如，當物體在力場中移動時，位能可以轉化成動能。當能量是非熱能形式時，它轉化成其他種類能量的效率可以很高甚至達百分之百，如沿光滑斜面下滑的物體，或者新物質粒子的產生。然而，如果以熱能的形式存在，則在轉換成另一種型態時，就如同熱力學第二定律所描述的，總會有轉換效率的限制。
在所有能量轉換的過程中，總能量保持不變，因為總系統的能量是在各系統間做轉移，當某個系統損失能量，必定會有另一個系統得到這損失的能量，導致失去和獲得達成平衡，所以總能量不改變。這個能量守恆定律，是十九世紀初時提出，並應用於任何一個孤立系統。
儘管一個系統的總能量不會隨著時間改變，但其能量的值，可能會因為參考系而有所不同。例如，一個坐在飛機裏的乘客，相對於飛機其動能為零；但是相對於地球來説，動能卻不為零。
熱量是能量的一種形式，一部分屬於勢能（位能），一部分屬於動能。在物理科學的文章中，有數種形式的能量被定義。這些包括：
- 機械能：可以分為動能和勢能。動能可以使物體改變位置，而勢能則與物體的位置或距離有關。
- 化學能：儲存在原子和分子的化學鍵中，是物質發生化學反應時釋放或吸收的能量。
- 核能：存在於原子核中，是原子核發生核反應時釋放的巨大能量。
能量可以不表現為物質、動能或是電磁能的方式儲存在一個系統中。當粒子在與其有交互作用的力場中受外力移動一段距離，此粒子移動到這個場的新位置所需的能量便如此的被儲存了。
粒子必須藉由外力才能保持在新位置上，否則其所處在的場會藉由釋放儲存能量的方式，讓粒子回到原來的狀態。這種藉由粒子在力場中改變位置而儲存的能量就稱為位能。
一個簡單的例子就是在重力場中往上提升一個物體到某一高度所需要做的功就是位能。
任何形式的能量可以轉換成另一種形式。舉例來説，當物體在力場中，因力場作用而移動時，位能可以轉化成動能。當能量是屬於非熱能的形式時，它轉化成其他種類能量的效率可以很高甚至達百分之百，如沿光滑斜面下滑的物體，或者新物質粒子的產生。然而如果以熱能的形式存在，則在轉換成另一種型態時，就如同熱力學第二定律所描述的，總會有轉換效率的限制。
在所有能量轉換的過程中，總能量保持不變，原因在於總系統的能量是在各系統間做轉移，當某個系統損失能量，必定會有另一個系統得到這損失的能量，導致失去和獲得達成平衡，所以總能量
能量的形式
能量是一種能力，它可以執行工作或產生變化。它存在於各種形式中，可以轉換一個形式到另一種形式。能量的基本類型有兩大類：潛能和動能。
潛能
潛能是指物體或系統所儲存的能量，它在需要的時候可以被釋放出來。潛能的類型包括：
| 潛能類型 | 描述 |
|---|---|
| 化學能 | 儲存在化學鍵中的能量 |
| 電能 | 儲存在電場中的能量 |
| 彈性能 | 儲存在彈性材料中的能量 |
| 重力能 | 儲存在相對於重力場位置中的能量 |
| 內能 | 物質分子運動的能量 |
動能
動能是指物體或系統因為其運動而具有的能量。動能的類型包括：
| 動能類型 | 描述 |
|---|---|
| 平移動能 | 物體直線運動的能量 |
| 旋轉動能 | 物體繞著軸旋轉的能量 |
| 振動動能 | 物體與靜止位置往返運動的能量 |
| 波動能 | 以波的形式傳播的能量 |
| 熱能 | 物質的無序分子運動的能量 |
能量轉換
能量可以在不同形式之間轉換。以下是常見的能量轉換示例：
| 從 | 到 | 轉換 |
|---|---|---|
| 化學能 | 電能 | 電池 |
| 電能 | 動能 | 電馬達 |
| 動能 | 熱能 | 摩擦 |
| 熱能 | 內能 | 熱 傳遞 |
| 內能 | 動能 | 爆炸 |
能量守恆定律
能量守恆定律指出，在一個孤立系統中，總能量保持不變。能量可以從一種形式轉換到另一種形式，但它不能被創建或摧毀。
能量是生命的基本要素。它驅動著我們的身體機能，供給我們的設備，並維持著地球上的自然現象。瞭解不同形式的能量以及它們之間的轉換對於理解和善用我們的能源至關重要。