?【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。??

第二章熱和功

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的?！?/span>

§2-9能的轉(zhuǎn)變和能量守恒定律

【01】當(dāng)物體克服摩擦力和媒質(zhì)阻力作功時(shí)，其內(nèi)部狀態(tài)要發(fā)生變化。這時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榕c物體內(nèi)部狀態(tài)有關(guān)的能量——內(nèi)能。

【02】在本章的前幾節(jié)中，我們已經(jīng)詳細(xì)地討論了內(nèi)能的概念，并且研究了內(nèi)能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)變的各種情況。讀者自然會(huì)產(chǎn)生這樣的問題：在機(jī)械能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)變的過程中，它們的量值是否有確定的關(guān)系？為了說明這個(gè)問題，讓我們仔細(xì)地討論一下焦耳實(shí)驗(yàn)。

【03】在焦耳實(shí)驗(yàn)中，下落重物的勢能先變?yōu)樾D(zhuǎn)葉片和水的動(dòng)能；由于水層間的摩擦，動(dòng)能又轉(zhuǎn)變?yōu)樗膬?nèi)能。這里我們遇到了一種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式能量的情形。下落重物的勢能轉(zhuǎn)變?yōu)樗膬?nèi)能，功 W 或相當(dāng)?shù)臒崃?Q 就是所轉(zhuǎn)變能量的量度。實(shí)驗(yàn)證明，做了4.18焦耳的功總會(huì)使1克水的溫度升高1°C? 。因此，勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能時(shí)能的總值沒有改變。

【04】那么，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能時(shí)，數(shù)值上是否也守恒呢？

【05】設(shè)質(zhì)量為 m 的槍彈以速度 v 飛行，它的動(dòng)能等于mv2/2? 。當(dāng)槍彈擊中某一物體而陷在里面時(shí)，槍彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闃審椇臀矬w的內(nèi)能，增加的內(nèi)能可以用公式 Q＝cm(t?－t?)來計(jì)算。假使在轉(zhuǎn)變的過程中沒有能量的散失，那么應(yīng)該符合下列關(guān)系：? 。

【06】實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一結(jié)論：動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能時(shí)，能量的總值保持不變。

【07】由上面的討論可以得出結(jié)論：機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能時(shí)，能量是守恒的。

【08】那么內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能時(shí)的情況又是怎樣的呢？

【09】在蒸汽機(jī)中，蒸汽膨脹推動(dòng)活塞而做功，這時(shí)蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。精確的測量指出，消耗1千卡的內(nèi)能總能得到427公斤·米的功。這表示，內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能時(shí)也是守恒的。

【10】大家知道，當(dāng)電流通過導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線會(huì)變熱，此時(shí)，電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。實(shí)驗(yàn)證明，消耗一定量的電能總可以得到一定量的內(nèi)能。這說明電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能時(shí)也是守恒的。

【11】不僅機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能、內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能時(shí)能量的總值保持不變，事實(shí)上，任何形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰繒r(shí)都是守恒的。

【12】在自然界里所發(fā)生的一切過程中，能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。

【13】這就是能的轉(zhuǎn)變和能量守恒定律，由于這個(gè)定律是普遍適用的，因此被廣泛地用來分析和研究各種自然現(xiàn)象，并且成為人們認(rèn)識(shí)自然的重要依據(jù)。

【14】這個(gè)定律在十八世紀(jì)為俄國學(xué)者羅蒙諾索夫首先發(fā)現(xiàn)。十九世紀(jì)又為德國科學(xué)家邁爾、亥姆霍茲和英國物理學(xué)家焦耳等人相繼發(fā)展和確定。

【15】正是由于各種形式的能量能夠相互轉(zhuǎn)變，才構(gòu)成了自然現(xiàn)象的豐富性和多種多樣性。

【16】讓我們從下述例子中來看看這個(gè)自然定律的重要作用。

【17】太陽光的能量在照射地面時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥赖膬?nèi)能，使土壤溫度升高。土壤又把這些內(nèi)能傳給它表面的空氣，熱空氣上升后形成了風(fēng)。這樣，太陽光的能量又轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膭?dòng)能，而另一部分太陽光的能量被地面上植物的葉子所吸收，并在植物中引起了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的結(jié)果生成有機(jī)化合物，于是太陽光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锏幕瘜W(xué)能。太陽光照在水面上，使一部分水蒸發(fā)、上升，在天空中形成云，再以雨、雪等形式落回地面，然后通過江河流入海洋，這樣，太陽光的能量就轉(zhuǎn)變?yōu)樗臋C(jī)械能。

【18】這些機(jī)械能和化學(xué)能又在風(fēng)力發(fā)電站、水力發(fā)電站和火力發(fā)電站中轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在工廠、礦山和家庭中，這些電能又轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰臋C(jī)械能（例如在各種機(jī)床中）、內(nèi)能（例如在電爐中）和光能（例如在電燈中）。

【19】近年來，人們已經(jīng)掌握了把原子核能轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰哪芰康姆椒?，從而獲得了巨大的能源。

【20】能的轉(zhuǎn)變和能量守恒定律是自然界中最基本和最重要的定律之一，它是人類對(duì)自然現(xiàn)象長期觀察和研究的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。這一定律包括定性和定量兩個(gè)方面，在性質(zhì)上它確定了能量形式的可變性，在數(shù)值上肯定了自然界能量總和的守恒性。一種能量的減少，總是伴隨某種能量的增加，一減一增，數(shù)值相等。各種不同形式的運(yùn)動(dòng)（機(jī)械運(yùn)動(dòng)、熱運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)等等）都具有相應(yīng)的能量，所以能量就自然地成為它們的共同量度。正確地掌握這一定律是學(xué)好物理學(xué)的關(guān)鍵，也是研究其他問題的基本依據(jù)。