生动能。势可以理解为潜在的,势能就是潜在的、存储起来的能量。蓄势待发正说明了势能的作用。动能则完全是功基本定义的直接结果,因为力的作用使得物体运动,物体的惯性运动蕴含的能量完全等于力作用的积累。 思考: 1.月球绕着地球转,月球的前进方向和地球引力始终垂直。地球引力虽然改变着月球的状态(月球的前进方向一直在变),却没有作出任何功。忽略的太阳木星等星体对月亮的影响,那么月亮的环绕从来就没有被地球改变过。(事实上月亮绕地球是椭圆轨道,在某个轨道阶段地球引力会轻微地做功,但最终月球的势能 动能总和不变。) 2.机械时代的怀表或手表,都有上弦过程,这是在存储弹性势能。势能缓慢地释放成表的指针运动和内部机械运动动能。后期出现自动储能结构,手表在手臂晃动中存储动能,免去了上弦的步骤。 3.现在水电站非常多,刨去生态破坏和地质破坏因素外,这个是很绿色的能源。水库蓄水存储了大量重力势能,放水发电则是势能转为动能再转为电能。现在电力需求在不同时间差异很大,白天到晚上10点,电力供应紧张,深夜电力需求很小。现在可以使用势能存储办法来改善这种情况。深夜时,耗电抽水至水库,把电能存为势能。白天放水发电,将势能转为电能,补充电网。在自然界,大河周围存在许多湖泊。在洪水季节,湖泊可以大量蓄水,降低洪涝灾害程度。旱季又可以补充河水,是天然的弹性结构。 4.燃烧同重量木柴和火药,木柴释放的热量更大。但是火药可以瞬间把能量释放出来,虽然总能量不大,瞬间功率非常大。天空中的闪电,总能量不大,但也是瞬间释放,功率同样非常大。照相机的闪光灯,充电完成后就可以发出强光,进行拍摄。核电站的原子能释放功率巨大,必须增加大量附属设施降低功率。 5.能量守恒,得到能量的同时,意味着其他地方在失去能量或能量的等价对象。砍伐树木烧火,获得热能,每年树木都在生长。树木的生长能量来自太阳。事实上,在地球上的任何可持续使用的能量,都是太阳能的转换。(原子能不是来自于太阳,是来自于以前的恒星爆炸遗迹。这些遗迹的残渣组成了地球,也就是说原子能来自于其他已经消失的太阳。) 6.能量存在的形式多样,热能、机械能、化学能、原子能、电磁能都是能量的不同形式。人工的某种能量转换过程,总是伴随着其他类型的能量转换。发电方式包括了多种能量转换方式:热能转电能,有热电、机械能转电能,有风电、水电、原子能转电能,有核电,电磁能转电能,有太阳能发电,化学能转电能,有燃料电池发电。无论哪种方式,能量转变为电能的效率达不到100%。多数都以热能的形式散发到大气中。自然的能量转换不存在这样的目的性。所以就没有效率这样的标准。 热功当量表明,4.18焦耳的功可以转换为1卡的热量,但是并不意味着1卡热量可以转换为4.18焦耳功!热只对应分子运动速度,但对整体运动方向无要求。功却是要求运动整体有方向。要求更高。简单地说,功比热更有序,破坏比创造容易。 法国人卡诺仔细研究热转功的问题,给出了理想热机的效率计算公式。即便是理想热机,效率也无法到100%。更不要说实际的热机,效率只会更低。人类设计了若干热机,将热转为功。 最早就是蒸汽机,使用燃料加热水,生成高压蒸汽推动活塞产生定向运动。活塞带动一根摇臂轴和曲壁将往复运动转换为旋转运动。现在只能在博物馆见到的蒸汽机火车头,就是这类机械的应用。在军事竞争下,出现多胀式蒸汽机,高温蒸汽通过多个汽缸做功,提高了效率和功率。十九世纪末期,当时军舰采用多胀式蒸汽机做动力。随之出现了汽轮机(蒸汽涡轮机),高压蒸汽直接喷在涡轮上的叶片(想象风车的叶片),产生旋转运动。功率可以做得非常大,二十世纪初应用于军舰动力,现在多用于热电厂。核电厂发电,也是使用汽轮机进行。事实上,核动力航母、潜水艇,都是使用汽轮机为动力,而核反应堆无法产生动力,本质就是超大功率的锅炉,只能产生高压蒸汽。内燃机,采用汽油、柴油、可燃气体等,在气缸内直接燃烧生成高温高压气体推动活塞运动,略过了加热水生成高压蒸汽的过程,效率比蒸汽机高。由于体积小,功率适中,广泛应用于汽车工业,早期飞机也采用这类型发动机做动力(有一种内燃机,旺凯尔发动机,可以直接产生旋转运动)。由蒸汽机改为汽轮机的思路出发,内燃机改为燃气轮机。这种机械体积小,功率大,推重比高,用于飞机动力。火箭发动机则是原理最简单的喷气推进动力机械。燃料燃烧产生高温高压气体直接喷出,推动火M.dAmiNgpUmP.CoM