能量转换

能量以多种形式出现,包括辐射、物体运动、处于激发状态的原子、分子内部及分子之间的应变力。所有这些形式的重要意义在于其能量是相等的,也就是说一种形式的能量可以转变成另一种形式。宇宙中发生的绝大部分事件,例如,恒星的崩溃和爆炸、生物的生长和毁灭、机器和计算机的操作中都包括能量由一种形式转化为另一种形式。

能量的形式可以用不同的方法来描述。声能主要是分子前后有规律的运动;热能是分子的无规则运动;重力能产生于分隔物体的相互吸引;储存在

机械应力

中的能量,则是由于分离的电行相互吸引的结果。尽管各种能量的表现形式大不相同,但是,每种能量都能采用一种方法来测量,这样就能够搞清楚,有多少能量由一种形式转化为另一种形式。不论什么时候,一个地方或一种形式的能量减少了,另一个地方或另一种形式就会增加同样数量的能量。在一个系统中不论发生渐变还是骤变,只要没有能量进入或者离开这个系统,那么系统内部各种能量立和将不发生变化。

但是,能量确实可以从

系统边界

渗漏出去。特别是能量转换会导致产生热能,通过辐射和传导的方式泄漏出去。如通过发动机、电线、热水罐、我们的躯体和立体音响。而且,当热在

流体

中传导或辐射时,激起的流动通常促发了热量的转移。尽管传导或辐射

热能

很少的材料可用来减少热能的损耗,但也无法完全避免热能的流失。

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相关案例

与能量的转移不同,其种类发生了变化

示意图

1 例如拍球,能量从人体(手)的化学能转移到球,使之成为球的

动能

,球的动能又转化成弹性势能,弹性势能又转化成动能和重力势能,只有靠这些能量的转移、转化才能够完成拍球这一过程.

2

太阳能

热水器,利用太阳能转换成热能加热水给我们洗澡;太阳能电池,发电只要有太阳就能转换成需要的能量。

3 电水壶是将

电能

通过电热管转换为热能,从而烧开了水,水是吸收热能。

能量是能够使物体"工作"或运动的本领。虽然你看不见它,却能感觉到它。任何东西只要有移动、发热、冷却、生长、变化、发光、或发声的现象,其中就有能量在起作用。

能量之间转换的各种类型及方法

能量是一种看不见摸不着你却一直能感觉得到的神奇东西,至今为止没有任何人提取或发现它的真实面貌,有人认为能量就是以物体内部分子不断震动的频率来衡量大小的,也就是熵的大小,其中证明宇宙膨胀的一个例子就是宇宙中总体的

熵值

在不断增加,也就是宇宙在不断趋于混乱,却又不断创造平衡,如此循环反复的从混乱与协调中平衡。

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电能转化热能

电能转化热能一般通过热电阻或热辐射,例如家用的电热炉,是在热阻丝内通过大量电流使热阻丝产生大量热能,通过热辐射传导给周围环境。也可以通过微波装置,使电能转化成微波,通过直接的热辐射转为热能

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热能转化电能

至今为止,人类还没想出很有效率的方法可以让热能直接转化为电能,似乎人类只发明了电能和机械能转化的装置,所以,如果想任何形式能量转换为电能,必须先转换为机械能。但是,有的物质如陶瓷等,在温度变化时可以产生电势差,进而产生微弱电能,但无法用于发电。

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机械能转化电能

通过切割电磁圈的磁感线,可以使机械能转化为电能。在电机中,机械能和电能可以互逆转换。

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光能转化电能

可以通过

光电效应

使光照射在金属表面而辐射出电子,通过这种方法,人类设计了太阳能板,太阳能板是通过阳光照射硅晶体的PN结产生空穴电压产生电能的,光能转化电能是相对比较有效的转换方式,并且随着不可再生能源的枯竭,人类越来越重视可再生清洁能源的应用,光能就是最受关注的清洁能源之一。

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化学能转化电能

通过化学反应使得正电子和负电子分别在阳极和阴极汇聚,其实这也是电池的放电过程。

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电能转化机械能

借助

电磁感应

效应,人类设计了电机,可以使电能轻松转化为机械能。在电机中,电能和机械能可以互逆转换。

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化学能转化热能

可以通过核裂变使得熵值大量增加,进而产生大量热能传导出去。在核裂变过程中,不仅产生大量热能,还产生大量光能及机械能等。

还有一种方法就是通过可燃物的燃烧,伴随着光能的同时也产生大量热能。

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热能转化机械能

至今人类想到的最好方法,只有通过加热水进而通过水蒸气驱动机械做功,自从瓦特发明

蒸汽机

以来,人类一直沿用这个方法进行转换。

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机械能转化热能

机械做功摩擦可以产生热能,但一般效率不高,而且在实际应用中无法通过这样的转化大量提供热能,只作为机械能的能量损耗而已。

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光能转化热能

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光能转化机械能

太阳帆,太阳能电池板

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光能转化化学能

植物吸收太阳光进行光合作用

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