输能量能起什么作用?

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在《超新星》中,对输能的定义是这样的—— 将某种形式的能量从一处带到另一处。 这个定义其实相当模糊,因为“传递”这一动作本身就可以包含很多种方式。我们可以进一步给出更具体的定义: 把某一状态下的能量以电磁力(或引力)的形式从一物体传递给另一物体。 这里我们用到了一个概念——“某一种状态下能量的总量”(或称“基态的能量”)这其实是说,传递的必须是可量化的、特定形态下的能量。

举个例子就好理解了: 一块磁铁有一千个自由电子,它带着一千个自由电子构成的负电荷,处在某种稳定的状态之中。如果你把其中一半的自由电子转移到另一只磁铁上去,那么这两只磁铁总共有五百个自由电子,带有一半的负电荷。这样两只磁铁之间就以五百分之一卡力的静电力联系起来了。在这过程中,能量守恒但转移了。

类似的,如果一个质量为1kg的物质处于某个温度和压强下,它的内能为30焦耳,但是温度和压强的绝对值上升了1毫瓦/千克,这意味着这个系统与外界交换了3千卡的热能,在物质内部也发生了能量转移(由高温部分流向低温部分)。 如果没有外部条件的干预,上述过程将会一直进行下去,直至所有物体达到完全同一的温度和压强为止。这个过程叫做热平衡。这时物体的内能最大,温度最高。

当然,自然界中不可能存在绝对相同的东西。上述过程进行到一定阶段之后,物体之间的温差将会非常微小,接近于零,需要非常灵敏的测量装置才能测得出来;而物体的内能虽大,却只能以电磁波、声波等无形的方式向外扩散,无法用肉眼直接看到。这种极其微小的温度差和内能的增量我们称为“熵”,熵增原理是热力学第二定律的微观解释。

回到开头的问题,输出能量实际上就是消耗一部分物质自身具有的能量,转换为别的形态的能量,比如摩擦生热是将化学能转化为热能,核能发电是利用原子核反应释放的能量,激光是由物质发生共振而释放的能量……这些转换都是在系统内部完成的,并没有向外传播,因此系统本身的总能量保持不变。只有通过输入其他形态的能量,例如吸收太阳辐射能、注入水泵的能量,才能实现系统的能量增加。

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