能量

能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量，就是使物体动或变的力。一个系统的能量可以被定义为从一个被定义的零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统到底有多少能量在物理中并不是一个确定的值，它随着对这个系统的描写而变换。

举一个例子而言，我们观察一个质量为1kg的固体的能量：

• 假如我们在研究经典力学而只对它的动能感兴趣的话，那么它的能量就是我们要将它从静止加速到它现有速度所加的功的总和。
• 假如我们在研究热学而只对它的内能感兴趣的话，那么它的能量就是我们要将它从绝对零度加热到它现有温度所加的功的总和。
• 假如我们在研究物理化学而只对它所含有的化学能感兴趣的话，那么它的能量就是我们在合成这个個体时对它的原料加入的功的总和。
• 假如我们在研究原子物理而只对它所含的原子能感兴趣的话，那么它的能量就是我们从原子能为零的状态对它做功、使它达到现在状态的功的总和。

当然我们也可以用反过来的方法来定义这个固体所含的能量，举两个例子：

• 该固体的内能是将它冷却到绝对零度所释放出来的功的总和。
• 该固体的原子能是将它所含的所有的原子能全部释放出来的功的总和。

等等。

可见，能量虽然是一个非常常用和非常基础的物理概念，但同时也是一个非常抽象和非常难定义的物理概念。事实上，物理学家一直到19世纪中才真正理解能量这个概念。在此之前能量常常被与力、动量等概念相混。有一段时间里，物理学家使用过一个称为“活力”的、与能量非常相似的概念，其意思是一种使物体活泼起来（动起来、热起来）的力。英语中的能量一词energy是两个希腊词的组合：εν是“在……之中”的意思，εργοs是“功、劳动”的意思。加在一起 en-ergi 就是“加进去的功”的意思。

在物理学中，能量是最基础的一个概念之一，从开门的经典力学到宇宙学、相对论和量子力学，能量总是一个中心的概念。

一般在常用语中或在科普读物中能量是指一个系统能够释放出来的、或者可以从中获得的、可以相当于做一定量的功。比如说1千克汽油含12千瓦小时能量的话，那么是指假如将1千克的汽油中的化学能全部施放出来的话可以做12kWh的功。

能量在物理中的符号一般是E，其国际单位是焦耳J。除焦尔外常用的还有千瓦小时kWh和卡cal：

$1J=0.2388cal=2.78\times 10^{-7}kWh$

除此之外在物理中，尤其在原子物理和粒子物理中还常使用电子伏：

$1 eV = 1.602176462(63)\times10^{-19}J$

能量與質量

愛因斯坦發現，物體的質量是其自身能量的量度。

$E=mc^2$

能量守恒

能量守恒定律，也称质能守恒定律或热力学第一定律，是物理学中最基本的定律之一。它指出：在一个封闭的系统中能量既不会增加也不会减少。

虽然在物理学中不存在数学中公理的概念，但能量守恒定律可以被看作是物理学中（也许唯一的）一条公理。从20世纪中开始能量守恒定律没有被质疑过。沃尔夫冈·泡利在讨论β衰变时宁可相信世界上有一种当时物理学家还无法测量的粒子的存在而不愿放弃能量守恒定律。20年后中微子的发现证实他的信任是正确的。

从另一个观点上来看，能量守恒定律也可以被看作是物理学中被实验最常被验证的一个定律。事实上，所有的物理实验，从中学生的第一个实验到粒子加速器、天文观察都不断地证实能量守恒定律的正确性。

有关的物理量

以下是一些其他与能量有关的或与能量相似的物理量：

• 功
• 内能
• 熵
• 焓
• 力
• 动量

常见的能量形式

• 机械能
• 内能
• 电能
• 化学能
• 原子能
• 光能
• 生物能

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