几乎所有的人都知道能量守恒。人们所知道的能量守恒是源自于“能量的转化和守恒定律”。
能量的转化和守恒定律是这样表述的:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量不变。
当我们解了“能量的转化和守恒定律”的科学表述后,我们才知道,所谓能量守恒,不是一种静态的不变,而是一种动态的不变。
动态的不变是指,能量的形式是可以转化的;如果能量的形式不变也可以从一个物体转移到另一个物体。在这种“转化”和“转移”的动态过程中能量的总量保持不变。也就是当能量从一种形式转化为另一种形式时,某种形式的能量减少多少,另外形式的能量就会增加多少。当能量从一个物体转移的另一个物体时,某物体的能量减少多少,另外物体的这种形式的能量就会增加多少。
既然能量在转化和转移的过程中总量不变,那么为什么还会出现“能源危机”。其实这个问题在100多年前也困扰这许多科学家,只不过当时困扰这些科学家的问题不是用这种表述提出来的,而是通过“永动机”的问题提出来的。
人们在十三世纪,开始萌发了制造永动机的愿望。到了十五世纪,伟大的艺术家、科学家和工程师达·芬奇(Leonard·do·Vinci 1452~1519),也投入了永动机的研究工作。他曾设计过一台非常巧妙的永动机,但造出来后它并没永动下去。1475年,达·芬奇认真总结了历史上的和自己的失败教训,得出了一个重要结论:“永动机是不可能造成的。”但达芬奇不能对其作出解释。
100多年前人们发现了“能量的转化和守恒定律”后发现,仍然不能对达芬奇所说的:“永动机是不可能造成的。”作出令人信服的解释。于是科学家们就想,一定还有另外的规律制约着“永动机是不可能造成的。”
科学家们经过艰苦的探索,终于发现了这个规律——热力学第二定律。
热力学第二定律由几种表述,每种表述都比较抽象。我们可以用热力学第二定律对“为什么能量是守恒的还要节约能源”作出如下解释:能量有“高质量能量”和“低质量能量”。当我们利用“高质量能量”为我们服务时,“高质量能量”就转化成“低质量能量”,而“低质量能量”不能自发地再转化成“高质量能量”。例如,当我们利用石油为我们服务时,石油这种“高质量能量”就转化成散发在空气中的“低质量的热能”,这种低质量的热能不能自发地在转化成石油。
由此,我们知道了:所谓“能源危机”是“高质量能源危机”。
所以我们说:能量在转化和转移过程中虽然是守恒的但还要节约能源。
作者:周岗
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