2 “能量”与“热 ”
我们现在频繁使用“能量”这个词,比如说“他浑身都充满了能量”、“活力饮料能够补充能量”等等。殊不知,“能量”这个词在19世纪才出现。在此之前,人们看到某种东西能够运动、能够改变某种物体或者能够做人力做不到的事,人们就称为“活力”,意思就是能使物体活泼起来(动起来、热起来)的力。后来,有位著名的物理学家托马斯·扬觉得在物理研究中,“活力”这个词不好用,就创造了“能量”一词,来表示物体从无到有包含的功。说起来很抽象,举例来说,一个圆球从斜面上滚下来,刚开始的静止状态包含的“能量”是零,滚下来的过程中速度不断加快,球体内的能量也逐渐增加,直到速度达到最大,它的能量也就达到最大。
◎托马斯·扬 创造了物理学的“能量”一词
托马斯·扬在创造这个词语时,物理学还没有发展到今天这么精深的地步,人们不知道分子运动,也不知道原子运动,对宇宙运动的理解也是含糊不清,托马斯·扬只是想在经典力学研究中使用起来方便一点。
后来人们发现这个词语很好用:热力学家用“能量”来描述物体温度升高时内能的总和;化学家用它来描述实验中原料增加的功;还有原子做功获得的功也可以用它来描述。总之,“能量”这个词语从诞生之日起,就可以被多个学科使用,所以,当人们在研究能量守恒与转化定律时,不同领域的科学家同时对它做出了杰出贡献。
在物理学中,能量是最基础的概念之一,从经典力学到宇宙学、相对论和量子力学,“能量”总是一个中心的概念。
自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应,即物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能。
其实,人类在很早以前就知道能量是可以转化的。在风景秀丽的荷兰,矗立着巨大的白色风车,舞动的翅膀总让游人流连忘返;还有潺潺溪流附近的水磨房,在很长一段时间里都是生活富裕的象征。这些都是人们利用自然界的力量转化成机械能,改变人类生活方式的创见。
◎木块在从斜面滑下过程中能量也在增加
经典力学(www.xing528.com)
经典力学的基本定律是牛顿运动定律,或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理,它是20世纪以前的力学。20世纪以来,由于物理学的发展,经典力学的局限性暴露出来。经典力学的定律一般只是宏观物体低速运动时的近似定律。
当然,人们只是根据自己的经验利用自然界的力。当人们看到开水产生的蒸汽把壶盖顶起来的时候,就有意识地在改变能量的利用方式了。人类最熟悉的热能,也成为能量守恒定律的最佳实验场地。
◎荷兰风车
做功
对物体施加一个外力,使物体的运动状态或物体的能量发生相应的变化,我们就说这个力向物体做功了。
热是怎么产生的呢?如果拿这个问题去问18世纪的人,他们必定异口同声地告诉你:“热素!”热素是个什么东西?简单说来,热素就是一种看不到摸不着、存在于物体内部、一旦激发出来就产生热量的物质。
热素说是18世纪广为流行解释热的本质的一种错误理论。它认为,热是一种没有重量、可以在物体中自由流动的物质。“热素说”既然把热看做是一种物质,那就不可能存在着热和机械运动的转化。摩擦所以生热,只是由于摩擦把热素逼出来,使摩擦后的物体的比热比摩擦前小,所以温度升高。
当时人们都认为,热是由热素产生,和机械做功没有什么关系。可是,蒸汽机出现后,人们惊讶地发现,蒸汽能够做功带动机械运动,这从反面证明了热能可以转化为机械能。这是不是说明机械运动也可以产生热能呢?这就使有些人开始对“热素说”产生了怀疑。
◎火对人类来说既是天使又是魔鬼
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