功、能量與功率

能量守恆定律(law of conservation of energy)

當彈跳的球終於停下、或汽車煞車停住時,能量跑到哪去了?它並沒有被消滅——它只是換了裝扮,變成了熱和聲音。能量守恆定律(law of conservation of energy)是物理學最宏大的一筆帳:能量可以從一種形式轉換成另一種,卻永遠無法無中生有,也無法憑空消失。總帳永遠是平的。

仔細地說,一個孤立系統(沒有東西進出的系統)的總能量隨時間保持不變。能量在它眾多的形式之間自由轉換——動能、位能、熱能、化學能、電能、核能、輻射能——但只要你把任一過程前後的每一種形式全部加起來,兩邊的總和完全相同。這比機械能守恆更廣:即使摩擦力毀掉了機械能總和,那份能量也只是以熱的形式重新出現,完整的總和絲毫未動。

它是全部科學中最深刻、也被檢驗得最徹底的定律之一,至今沒有已知的例外。在熱與熱力學裡,它化身為熱力學第一定律。它也是為什麼一台能憑空產生能量的永動機不可能存在:你永遠無法得到比投入更多的能量,因為沒有隱藏的來源可供帳本挪用。每一次看似的「損失」,都只是你不再去記錄的能量而已。

追蹤一顆彈跳的球裡的能量:你手臂裡的化學能變成球的動能,動能在最高點變成重力位能,下落時又變回動能,而每一次彈跳都有一點變成球與地板裡的熱和聲音。把每一種形式加起來,總和自始至終相同——當這些能量全變成熱時,球也就不再彈跳了。

沒有東西不見——彈跳會停,只是因為能量已悄悄全變成熱和聲音。

單看機械能常常不守恆(摩擦力就是這樣搞的),但總能量永遠守恆。說能量被摩擦力損失掉是不精確的講法:它是被轉移成熱,而不是被消滅。

又称
energy conservation能量守恆定律能量守恆