何謂能量？(20)

能是什麼？在物理學上說，凡是可以作功的物理量就稱為能。那什麼是功？施予力量，使物體產生位移，就是對物體作功。當一個作用力克服了阻力，並使物體在作用力的方向移動時，就是作功。換句話說，一個物體能夠對外界作功，就說這個物體具有能量。反過來說，作功的過程也是將能量由一物體傳到另一物體的過程，因此功與能量的關係極為密切。

能可以轉變為功，功也可以轉變為能。能量是一種作功的能力，舉例來說，球桿撞球時，球從靜止狀態變成運動的狀態，這球獲得了動能，動能是一種能量，它可以作功。

我們對一物體作功時，有時這物體所獲得的能量並不是動能，而是另一種儲存起來的能量，叫做位能。把東西舉到空中時，它便獲得了位能，這種位能是屬於重力位能。舉得越高，重力位能越大，它作功的本領也越大。把弓拉開使弓變形，這時弓及弦並不動，故無動能。然而它已獲得了一種能，亦即具備了作功的本領，這時如果我們搭上一根箭，把扣弦的手一鬆，弓弦就會把箭推出去而對箭作功。故張弓時，弓便獲得了勢能（即位能），這種勢能就是彈力位能。

用力拉長彈簧，即對彈簧作功，因此它便獲得了彈性勢能，這是一種儲存起來的能量，可以用來作功。彈簧拉得越長或壓得越短，彈性勢能越大。換個較通俗的講法，能是物件（包括我們人）要完成物理動作，如走路、拿起杯子、使水變熱、或播放電視等，所需要的東西。

各種形態的能

大概除了光形態的能之外，能本身不是一種東西，而是指東西的一種狀況或狀態。譬如我們上面所提到的，舉到高處的物體，具有勢能（或稱位能），因為它具有一種狀態，可以掉落下來撞到下面的桌子或打破在它下面的玻璃。揮打出去的高爾夫球具有能量（動能），因為相對於地面，它具有速度，也具有位能，因為它在地面之上。

若把許多東西聚在一起稱為系統，這系統在某一狀態下具有的能稱為內部能量（internal energy） E。兩個平衡的狀態，其內部能量的變化（△E = E2 -E1）等於傳入系統的熱（Q）減去系統作功所消耗的能量（W），即 △E = Q - W。

一個系統有內部能量，還有系統變化過程的轉移能量（transitional energy），即熱和功。內部能量包括儲能（stored energy）及動能，兩者可以互相轉變。轉移能量不能儲存，或者個別保存，因為它們是依過程而定。

儲能又稱為勢能 （potential energy），就是以不同形態儲存起來的能，動能則是指工作能（working energy），即在運動中具有的能。儲能的形態有內能、位能（重力位能和彈力位能）、電磁能、光能（輻射能）等，內能又包括化學能、核能、分子動能、分子位能等。從基本的觀點而言，這幾種形式的能量無法清楚地加以劃分，例如熱能與物質內分子的動能有關；輻射能包括光能，是電磁波所攜帶的電磁能等。

一個堅硬不變形的物體在運動時，通常包含了兩種運動，一是移動，一是轉動。這兩種運動都會產生動能，就是移動動能和轉動動能。對物體作功時，可能使其獲得動能，或重力位能，或彈力位能，這些都是力學能。聲音也是一種特殊的力學能，因為聲波也可以傳遞力學能。

電磁能包括電能和磁能，磁能的例子常見的是永久磁鐵，它能吸引鐵釘，因而對鐵釘作功，這個作功的過程是把磁能傳遞到鐵釘成為它的動能；至於電能更是我們日常生活所常見，電風扇的轉動、電動車的行駛都是電能的具體表現。

電磁能中還可再分出磁位能與電位能來。如懸吊兩個磁鐵，把它們的北極相互推近，則它們有互相排斥的趨勢，當我們用力把它們擠近，我們便對這兩個磁鐵做了功，這時兩個磁鐵的磁位能增加了，當我們鬆手時，這兩個磁鐵會跳開，亦即把磁位能釋放出來，變成兩磁鐵的動能。如將兩個帶異性電荷的物體靠近懸在一起，則它們有互相吸引的趨勢，當我們用力把它們拉開，我們就對物體做了功，它們的電位能增加了，如果我們鬆手，這兩個帶電物體會互相跑向對方，將電位能變成動能。

位能有一點很重要的是：當兩物體之間有作用力時，不論是重力、電力、磁力、核力……它們之間與此力有關的位能（或勢能）是屬於它們共有，而不是單獨屬於其中任何一個物體的。

各種形態的能量可以互相轉換，而且我們為了使用方便，也往往特意把某種形態的能量轉換成另一種形態。當能量的形態改變時，固然一直維持著總能量的守恆，但其中總會有一部分的能量是我們無法使用的，以致損失了這部分的能量。例如燃燒汽油使汽車引擎運轉，主要是把化學能轉換成動能來用，但在這一過程裡無法避免地會使引擎發熱，而這個熱量對我們並無用處，只能任它逐漸散逸到大自然中，這一部分能量便損耗了。當能量的形態在各種過程中一再改變時，能量的損耗也就一再地伴隨發生。

化學能與核能

某些物質由於它們本身特有的化學組成而擁有潛在的能量，叫做化學能。往往在發生化學變化時，這些化學能就可以釋放出來而作功，通常是以熱能的形式出現，但有時也會以光能或電能方式呈現，因此化學能也可看成是勢能的一種。例如汽油含有大量的化學能，當它燃燒時可以放出大量的熱能，把水燒成水蒸氣，推動活塞而作功；又如電池，可以把化學能轉變成電能作功。化學能與核能也都可以看成是勢能，亦即儲存起來的能量。

核能是原子核內所潛藏的能量，當某些原子核如鈾和鈽等，分裂時會放出大量的能。一公斤的鈾在核子反應器內分裂時，所放出來的能量，比一公斤汽油燃燒所放出的能量大兩百萬倍。又當某些較輕的原子核在高溫之下融合成較重的原子核時，也會放出大量的能。核能也是勢能的一種，經過上述的核反應及相關設備，可以把核能轉變成熱能，用來發電。

在地球上，太陽是萬能之源。在太陽內部，核子的融合反應一直不斷地進行著，能量也不停地向外釋放，這種能量以太陽光的形式傳到地球上。太陽光是電磁波，以各種波長的電磁波傳遞能的過程，稱為輻射；各種電磁波的能，總稱為輻射能。

我們每天從太陽接收大量的免費能量，但是到目前為止仍然只有極少數有效的方法可以用來擷取這些能量，並把它轉化成更有用的能量形態。太陽電池是其中一種方法，利用某種特殊材料吸收陽光，以化學能的形式儲存或直接變成電能。太陽電池的構想，是從大自然本身得到的啟示，也就是植物體中的光合作用。

維持地球上所有活動的總能源，絕大部分來自太陽。全人類所需要的糧食和部分燃料是透過光合作用，把二氧化碳和水變成醣類而得來的。在所有的能量中，化學能是最重要的可儲存能量。目前我們使用的能源，主要是水力和化石燃料（包括石油和煤），而水力是依賴太陽熱能維持水文循環所得到的；至於化石燃料的成因，是過去數億年來在地球表面靠植物的光合作用累積下來的，也就是以化學能的形態保存下來的古代輻射能。

熱能

熱從高溫的物體傳到低溫的物體，或者從一個物體的高溫部分傳到低溫部分，有三種方式，即傳導、對流和輻射。

在化學反應中由反應物到最後的生成物，所放出的熱量或所吸收的熱量是一個定值，也就是說與中間產物的形式無關。

若光能完全被一物質吸收，該物質所含的熱能即增加。若該物質與周圍其他物體無任何熱的交換，則該物質所吸收的光能，通常會完全轉換成為熱能。而光電池是將光能轉變成電能的裝置。

我們也可以用光的能量促成化學反應，在這些反應中，物質的分子吸收了光，在還沒有來得及轉變成熱能（原子的動能）之前，就改變了物質的組成而將光能量轉變成化學能（就是光化學反應）。

能量守恆原理

能量雖有各種不同形態，但能不會無中生有，也不會自行消失，而只可由一種形態變成另一種形態。「宇宙間的總能量保持不變」，即是能量守恆定律，但在日常生活中，我們會發現單一形態的能，以力學能為例似乎不守恆，例如單擺最後會慢慢停下來，也就是說力學能其實會隨著運動的進行而越來越少，只是每擺動一次所減少的量很細微而已，這些減少的能量是因單擺與空氣的摩擦，而變成熱能，此一現象便稱為能的逸散。

物體在運動的過程中，位能與動能的總和是一定的。此外，實際的物體與質點並不一樣，它還有內部的能量。能量可以在一作用系統中轉換成不同形式，若予以仔細計算，其總能量在作用過程之前、中或後都是保持一定的。

例如，砲彈在空中爆炸之前，具有運動的動能，而其位能則是因為它在地球重力場中由於位置的關係所具有，另有炸藥中的化學能量。為了證明能量守恆原則，就要做些不輕鬆的量測工作，諸如分析爆炸後每一碎片的動能、位能、內部能量，還要量測產生的熱氣的內能（熱）及其動能等等。

科學家做過無數次的實驗測試，已證明了能量守恆原理，它不是自然界中的新定律，而是操控我們宇宙的自然定律。

So good !!!

能量
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動能
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熱能 (內能 )
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光能
光能可以今我們看到東西。

太陽、蠟燭、電燈泡都可以釋出光能。

日常生活中可以照明的東西都有光能。