能量的转化

1.1.2　能量的转化

能源和能量既有联系又有区别。能量来自能源，但能量本身是量度物质运动形式和量度物体做功的物理量。能源包括机械能、热能、电能、电磁能、化学能、原子能等。机械能是与位置相关的势能和与运动相关的动能；热能是与原子和分子振动及运动有关的分子运动能；电能是同电子的流动与积累有关的一种能量；电磁能是与电磁辐射相关联的能量；化学能是一种存在于物质中各组分间连接键内的能量，它随化学反应而产生；原子能是粒子相互作用而释放的巨大能量，包括裂变能和聚变能。

能源的使用其实就是能量形式的转化过程。煤燃烧放热使蒸气温度升高的过程是化学能转化为蒸气内能的过程；高温蒸气推动发电机发电的过程是内能转化为电能的过程；电能通过电动机可转化为机械能；电能通过白炽灯泡或荧光灯管可转化为光能；电能通过电解槽可转化为化学能等。柴草、煤炭、石油和天然气等常用能源所提供的能量都是随化学变化而产生的，多种新能源的利用也与化学变化有关。

在能量相互转化过程中，尽管做功的效率因所用工具或技术不同而有差别，但是折算成同种能量时，其总值却是不变的，这就是能量转化和能量守恒定律。热力学第一定律认为，能量可以从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量既不会消失也不会增加。在能量转化过程中，未能做有用功的部分称为“无用功”，通常以热的形式表现。物质体系中，分子的动能、势能、电子能量和核能等的总和称为内能。内能的绝对值至今无法直接测定，但体系状态发生变化时内能的变化以功或热的形式表现，它们是可以被精确测量的。体系的内能、热效应和功之间的关系式为：

　　ΔU＝Q＋W

式中：ΔU是体系内能的变化；

　Q是体系从外界吸收的热量；

　W是外界对体系所做的功。

这是热力学第一定律的数学表达式，也是能量守恒定律的数学表达式。它说明，一个体系的能量发生变化时，环境的能量也必定发生相应的变化。