关键词:能量守恒;应用
能量守恒定律作为中学阶段非常重要的定律之一,其包含了很多关于能量反面的定律,如机械能守恒、热量守恒定律的应用。能量有多种形式,按照物质的运动的类型不同,可以分为电能、化学能、机械能、辐射能、光能、核能以及潮汐等[1]。能量守恒定律存在于我们的生活之中,能量守恒定律改变了我们的生活质量和现代文化程度,为我们的生活文明提出了巨大的贡献。
1能量守恒的发展历程
能量守恒定律的发现和发展经历了十分漫长的过程,且在发展的过程中很多人付出了巨大的劳动。能量守恒定律被世人接受,并将其应用到自然科学的各个领域之中,为造福人类做出了巨大的贡献。能量守恒定律的应用对于整个自然科学的发展和理解意义重大,从以前的摩擦发热取火到后面的各种能量转换,经历了很长的实践和研究过程。18世纪,蒸汽机时代到来,让能量之间的转换得以实现,并且带来了工业革命。在此阶段,生产技术实践和技术改革中实现了一些能量相互转换,逐渐发现了热能、电能、磁能和光能之间转换。在19世纪中期,欧洲各国的科学家都致力于以一种联系的观点去观察各种自然现象,通过不断的研究和实践,科学家们从各个不同的研究领域最终发现了能量守恒定律,这也证明了自然科学领域内的关联性和统一性。然而在这期间,科学家们对于能量守恒定律的发现首先经历了一个困难阶段,在能量守恒定律被发现之前,当时的人们奉行机械论,机械论的核心观念是认为能量不存在守恒的状态,且存在能量减弱的趋势。比如,物体之间的碰撞与摩擦,都将导致能量的损失,这一错误的观点一直影响着人们的思维,严重阻碍着能量守恒定律的发现进程。错误的理论给正确的理论发展和应用造成了阻碍,但是这些错误的理论在长时间的实践下,始终会显示出其错误的一面,这样也会进一步巩固了能量守恒定律的正确地位。能量守恒定律的发展经历了长时间的论证,在历史的发展中逐渐显示出真理的正确性。
2能量守恒定律的应用
2.1能量守恒在电磁学中的应用
电磁感应现象作为中学物理教学的重要内容,其也是电磁感应学中十分重要的内容,在对电磁感应现象的研究中我们使用能量守恒来进行解释。闭合电路中的一段导体在磁场中做切割磁感线运动,磁场之中就会产生感应电流,且随即会产生感应电能。使用能量守恒定律来进行解释,条形N极磁铁插入线圈的时候,磁铁与线圈就会发生相对运动。此时在线圈中就相当于存在了一个电磁铁,在电磁铁的若要实现继续运动,则必须向其施加外力作用,在此过程中便实现了机械能向电能转换。能量守恒定律适用于法拉利的电磁感应定律的推导之中,如何熟练使用能量转换将成为了学习能量守恒定律的重要指标[2]。1833年,愣次在总结大量实验的基础上,提出了一个判定电磁感应中感应电流方向的法则,即愣次定律。其内容如下:闭合回路中感应电流I的方向,是要使感应电流在回来所围面积上产生的磁通量,去抵消或反抗引起感应电流的磁通量的变化。
2.2能量守恒在机械学中的应用
机械能守恒定律作为中学动力守恒的基本定律,也是能量守恒在机械能方面应用的重要实践。根据机械能守恒定律可知,当重力以外的立不做功时,机械能守恒。如果除重力以外的功不为零的时候,则会发生机械能转换,当重力以外的力做正功的时候,则机械能增加;当重力以外的力做负功的时候,则机械能减小。据此可知,重力以外的力做功多少,则机械能的增加量和减少量即为多少。这一现象就充分表明了能量守恒定律的在机械能中的应用。机械能的改变就是重力以外力的做功多少,但是该变量多少始终是保持一个守恒状态。机械能守恒定律的应用已经非常多,这与现阶段科学界的认知一样,能量守恒定律在实际应用中相当广泛。机械能的能量守恒方面的应用比较多,如游乐园中很多都利用了机械能守恒,滑轮车在轨道上运动,初始给滑轮车一个速度,随后滑轮车按照轨道不断向前运行,在下坡、上坡的时候体现了机械能守恒,保持车子不断运动。
2.3能量守恒在生物学中的应用
生物能其实是将太阳能转化为化学能并实现存储的一种能量方式,其直接或者间接的来源于植物的光合作用。现阶段各种能源之间的转换已经相当常见,生物能量存储的却是太阳能,属于一种不可再生的碳源,通过能量守恒定律可以实现转化为常规的固态、气态以及液态燃料。该种能源的存储量相当巨大,且主要的存储以石油为主的第三代能源正在不断枯竭,急需要一种可再生的清洁能源为大众服务。经济型、可靠性且存储丰富的清洁能源受到人们的重视,能量守恒定律的使用也将倍受青睐[3]。利用能量守恒定律来开发生物能将是我们未来能源开发利用的重要形式,目前比较常见的有酒精、生物发电、沼气发电等。开发清洁能源还可以利用地热能、潮汐能、风能和太阳能,这些可再生能源的利用将成为今后能源使用的重要核心内容。
结束语:随着可再生能源的不断被开采、利用,其存储量日渐减少,因此国家政府部门必须想办法解决可能出现的能源问题。利用能量守恒定律将一些可再生资源进行转换保存,为大众的生活生产提供能源支持,为实现可持续发展意义深远。能量守恒定律作为一个非常重要的物理定律,其发展经历了长时间的实践,如何利用好这一定律为大众服务已然成为我们必须思考的问题。
参考文献:
[1]李乐薇.能量守恒定律的发现与应用[J].中华少年,2017,(06):158-159.
[2]王小华.从圆周运动谈“等效重力”及其应用[J].物理教师,2016,37(11):93+96.
[3]李金根.例析动量守恒定律和能量守恒定律及其应用[J].数理化解题研究(高中版),2014,(08):58-60.