摘要：能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是自然科學內(nèi)在統(tǒng)一性的第一個偉大證據(jù)，它為各種能源動力機械的技術(shù)進步提供了理論基礎(chǔ)，并徹底打破了當時流行的“永動機”幻想，促進了工業(yè)革命的發(fā)展。本文就能量轉(zhuǎn)化與守恒定律談?wù)劻俗约旱睦斫狻?/p>

關(guān)鍵詞：能量轉(zhuǎn)化與守恒定律；能量轉(zhuǎn)化；能量守恒

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1006-026X（2013）04-0000-01

我們生活在一個復(fù)雜而多變的世界中，物質(zhì)、能量、信息是構(gòu)成世界的基本要素。能量無處不在，能量轉(zhuǎn)化無時不有。

一、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律內(nèi)容

能量轉(zhuǎn)換與守恒定律又稱熱力學第一定律、能量不滅定律，它是指能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變。

二、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律初步形成

19世紀初，由于蒸汽機的進一步發(fā)展，迫切需要研究熱和功的關(guān)系，對蒸汽機“出力”作出理論上的分析。所以熱與機械功的相互轉(zhuǎn)化得到了廣泛的研究。埃瓦特（PeterEwart，1767-1842）對煤的燃燒所產(chǎn)生的熱量和由此提供的“機械動力”之間的關(guān)系作了研究，建立了定量聯(lián)系。丹麥工程師和物理學家柯爾?。↙.Colding，1815-1888）從事了摩擦生熱的實驗。俄國的赫斯（G.H.Hess，1802-1850）在更早就從化學的研究得到了能量轉(zhuǎn)化與守恒的思想。1836年赫斯向彼得堡科學院報告：“經(jīng)過連續(xù)的研究，我確信，不管用什么方式完成化合，由此發(fā)出的熱總是恒定的，這個原理是如此之明顯，以至于如果我不認為已經(jīng)被證明，也可以不加思索就認為它是一條公理。”至此，能量轉(zhuǎn)化與守恒定律已初步形成。其實法國工程師薩迪·卡（SadiCarnot，1796-1832）早在1830年就已確立了功熱相當?shù)乃枷?，他在筆記中寫道：“熱不是別的什么東西，而是動力，或者可以說，它是改變了形式的運動，它是（物體中粒子的）一種運動（的形式）。當物體的粒子的動力消失時，必定同時有熱產(chǎn)生，其量與粒子消失的動力精確地成正比。相反地，如果熱損失了，必定有動力產(chǎn)生。”“因此人們可以得出一個普遍命題：在自然界中存在的動力，在量上是不變的。準確地說，它既不會創(chuàng)生也不會消滅；實際上，它只改變了它的形式?！?/p>

三、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的確立

1807年，英國的托·楊首次把活力叫做能量。對能量轉(zhuǎn)化與守恒定律作出明確敘述有重大貢獻的，首先要提到三位科學家。他們是德國的邁爾（RobeaMayer，1814-1878）、赫姆霍茲（HermannvonHelmhohz，1821-1894）和英國的焦耳。能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是自然界基本規(guī)律之一。恩格斯對這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)給予崇高的評價，把它和達爾文進化論及細胞學說并列為三大自然發(fā)現(xiàn)。能量轉(zhuǎn)化與守恒定律這個全面的名稱就是恩格斯首先提出來的。完整的數(shù)學形式則是德國的克勞修斯（Rud-oflJuliusEmanuelClausius，1822—1888）在1850年首先提出的。w.湯姆生（WilliamThomson，即開爾文，LordKelvin，1824-1907）在1851年更明確地把函數(shù)u稱為物體所需要的機械能（mechanicalenergy），他把上式看成熱功相當性的表示式，這樣就全面闡明了能、功和熱量之間的關(guān)系。1852年，w.湯姆生進一步用動態(tài)能和靜態(tài)能來表示運動的能量和潛在的能量。1853年蘭金（w.J.M.Rankine，1820-1872）將其改為實際能和勢能，他這樣表述能量轉(zhuǎn)化與守恒定律：“宇宙中所有能量，實際能和勢能，它們的總和恒定不變?！?867年在w.湯姆生和泰特（Tait）的《自然哲學論文》中將上述實際能改為動能，一直沿用至今。能量轉(zhuǎn)化與守恒定律不是一個科學家的成果，而是幾個世紀中幾乎所有科學家共同努力的結(jié)果，它指導(dǎo)和激勵著人們不斷地進行各項新的研究，推動社會的不斷發(fā)展。

四、能量轉(zhuǎn)化的方式

某種能的轉(zhuǎn)化是通過相應(yīng)的力做功實現(xiàn)的，具體的能量轉(zhuǎn)化方式為：重力勢能的變化通過重力做功實現(xiàn)；動能的變化是通過合外力做功實現(xiàn)的；機械能的變化是通過除重力（彈簧彈力）以外的其他力做功實現(xiàn)的；電勢能的變化是通過電場力做功實現(xiàn)的；相互摩擦的物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)化是通過摩擦力做功實現(xiàn)的；電磁感應(yīng)中通過感應(yīng)電流受安培力做負功，把機械能轉(zhuǎn)化為電能再在純電阻電路中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

五、能量在轉(zhuǎn)化過程中總量是守恒的

有兩種思路：一是弄清楚系統(tǒng)中哪些形式的能發(fā)生了變化，增加的能量和減少的能量一定相等；另一個是弄清系統(tǒng)有哪些物體能量發(fā)生了變化，一些物體能量增加了，其他物體能量就一定減少了。

六、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的重要性及其發(fā)展

能量守恒定律至今仍然是力學乃至整個自然科學的重要定律。不過它仍然會發(fā)展。1905年愛因斯坦發(fā)表了闡述狹義相對論的著名論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性的觀點》中揭示了質(zhì)能守恒定律，即在一個孤立系統(tǒng)內(nèi)所有粒子的相對論動能與靜能之和在相互作用過程中保持不變，稱為質(zhì)能守恒定律。愛因斯坦著名的質(zhì)能方程反映了質(zhì)量與能量之間的聯(lián)系#指導(dǎo)人們認識核反應(yīng)的規(guī)律，并為人類獲得核能提供了理論基礎(chǔ)。