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能量的本质探秘

已有 1863 次阅读 2020-3-4 18:14 |个人分类:统一价值论|系统分类:人文社科| 能量, 运动, 运动模量, 运动规模

统一价值论把社会科学的“价值”概念建立在自然科学的“能量”概念基础之上,显然,要想准确理解“价值”的真实内涵,就必须首先准确理解“能量”的真实内涵,为此,必须对能量的本质做出精确定义。然而,无论是哲学界,还是物理学界,至今没有对“能量”的本质作出统一的、公认的、精准的定义。

能量的主要形式

1

动能是物体由于作机械运动而具有的能量。它可分为位移动能与旋转动能两种,其主要度量单位是:焦耳(或牛顿米)。

2势能

势能是指物体(或系统)由于位置或位形而具有的能。主要有重力势能、引力势能和弹性力势能等,其主要度量单位是:焦耳(或牛顿米)。

3化学能

物质发生化学变化(化学反应)时释放或吸收的能量。如干电池和蓄电池的放电是化学能转变成电能;给电池充电则是电能转变成化学能。其本质是原子的外层电子变动,导致电子结合能改变而放出的能量。正负电子对湮没成光子,就是电子的静能转换成光子的能量。其主要度量单位是:焦。

4热能

物质内部原子分子热运动的动能,温度愈高的物质所包含的热能愈大。热机是膨胀的水蒸气把它的热能变成了热机的动能。其主要度量单位是:卡。

5电能

正负电荷之间由于电力作用所具有的(电)势能,可以用电场强度表达出来,其度量单位是:千瓦时KWH(即度)

6辐射能

指光和电磁波的能量(光子的能量),其主要度量单位是:电子伏eV

7核能

原子核内核子的结合能,它可以在原子核裂变或聚变反应中释放出来变成反应产物的动能,其主要度量单位是:电子伏。

各种能量主要度量单位之间的换算关系如下:

1电子伏=1.602,18×1019焦。

1= 0.2388= 0.278×10-6千瓦时

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对于能量本质争论

“能量”虽然是一个非常常用和非常基础的物理概念,但同时也是一个非常抽象和非常难定义的物理概念。事实上,物理学家一直到19世纪中才真正开始理解“能量”这个概念。在此之前,能量常常被与力、动量等概念相混。

关于能量的本质,有着许多不同的定义,现在列出几种典型观点进行分析:

1、能量指物质做功的能力或比喻人的活动能力。这种观点,把“能量”概念转化为“做功”概念,这就需要对“做功”进行定义,还是没有从概念的源头上解决问题。

2能量是质量的时空分布可能变化程度的度量,用来表征物理系统做功的本领。这种观点需要对“质量的时空分布”和“可能变化程度”进行准确定义。而且,“质量的时空分布”概念则把简单的概念问题搞得复杂了。此外,“做功”只是能量众多外部特性的一种,而不是能量的本质特性。

3能量是物质的基本单元在空间中的运动周期范围的测量这种观点需要对运动周期范围”的新概念进行定义,而且“基本单元”作为概念定义的基本要素之一似乎有些多余。

4能量是四维空间度量的一个物理量。按照四维空间与能量本质”的观点认为:能量的本质是物理意义上四维空间度量的一个物理量,类似的还有三维空间度量的物理量--动量,以及二维空间度量的物理量--质量等等它们都是物质在不同维度所表现出来的物质属性。这种观点没有指明这是一个什么样的物理量?

5能量是带质量物体维持或改变运动状态或空间位置能力的量度。不难理解,“维持或改变运动状态或空间位置”这是“力”的基本特性,也是“能量”的一种具体表现形态,而不是能量的本质内容。因此,这种观点没有阐述能量的本质内容。

6能量的本质就是力,是物质朝某个方向运动的力。这种观点,把“能量”概念转化为“力”概念,这就需要对“力”进行定义,也没有从概念的源头上解决问题。而且“力”只是“能量”一种具体的表现形态,而不是“能量”的本质内容。

7能量的本质是物体运动状态中的一个守恒量。这种观点,没有对“守恒量”加一个定语,它没有回答究竟是一个什么样的守恒量?

8能量是物质运动转换的量度。这种观点把能量只限定于运动转换的一种量度,如果物质不发生运动转换时,其能量就无法表现出来并进行准确测量吗?显然不是,物质作机械运动时的动能就可以根据其运动速度与质量来进行测量。

9能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量。显然,一个系统或一个过程的物理量有许多(如能量、质量、时间、空间、场等),这种观点并没有对“能量”这个物理量进行准确界定。

10能量不是物质,能量是不同于物质的第二个客观存在。这种观点只是泛泛地阐述了能量是一种客观存在,而没有阐述能量的本质。

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能量的真正本质

世界万物是不断运动着的,在物质的一切属性中,运动是最基本的属性,物质的其他属性都是运动属性的具体表现。例如:空间属性是物质运动的广延性体现时间属性是物质运动的持续性体现电磁属性是带电粒子在运动和变化过程中的外部表现

物质的运动形式是多种多样的,对于每一个具体的物质运动形式存在相应的能量形式,例如:与宏观物体的机械运动对应的能量形式是动能,其度量单位主要是:焦;与分子运动对应的能量形式是热能,其主要度量单位是:卡;与原子运动对应的能量形式是化学能,其主要度量单位是:焦;与带电粒子的定向运动对应的能量形式是电能,其主要度量单位是:度;与光子运动对应的能量形式是光能,其主要度量单位是:卡;与质子运动或中子运动相对应的能量形式是核能,其主要度量单位是:卡;等等

两个物质的运动形式相同时,两个物体的运动特性可以采用某些物理量或化学量来描述和比较。例如,两个作机械运动的物体可以用速度、加速度、动量等物理量来描述和比较;两股作定向运动的电流可以用电流强度、电压、功率等物理量来描述和比较。

但是,两个物质的运动形式不相同时,两个物质的运动特性唯一可以相互描述和比较的物理量就是能量,即能量特性是一切运动着的不同物质的共同特性,能量尺度是衡量一切运动形式的通用尺度。

那么,能量这个所有物质运动的“通用尺度”到底是什么内涵呢?不难理解,由于运动是物质的最基本属性,那么,衡量运动属性最重要的参数就是“运动规模”或“运动模量”。

因此,可以对能量作出全新的哲学定义。

能量的本质:是用以衡量所有物质运动规模或运动模量的统一客观尺度。

由于运动规模的变化(增大或减少)全部来自于能量的变化(输入与输出),因此,还可以得出另一个结论:

能量的本质能量是用以改变一切物质的运动规模或运动模量的动力源。

根据能量的本质可知:机械运动的规模或模量可以用动能来描述;分子运动的规模或模量可以用热能来描述;原子运动的规模或模量可以用化学能来描述;电流运动的规模或模量可以用电能来描述;光子运动的规模或模量可以用光能来描述;质子运动与中子运动的规模或模量可以用核能来描述。

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能量守恒定律

能量守恒定律(即热力学第一定律):在一个封闭(孤立)系统中,总能量在转移或转化过程中保持不变。

根据能量的本质,能量守恒定律的另一种表述方式:

能量守恒定律(即热力学第一定律):在一个封闭(孤立)系统中,总运动规模或运动模量在转移或转化过程中保持不变。

能量是衡量一切物质的运动规模或运动模量的统一尺度,也是维持或改变物质系统的运动规模或运动模量的动力源。然而,一般的物质系统在其运动过程中往往会遇到其他物质运动的阻碍或者出现能量流失时,就会不断降低其运动规模或运动模量。为了维持物质系统原有的运动规模或运动模量,必须不断输入相同数量的能量,时补偿物质系统的能量消耗。

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能量与力的关系

力是物质在运动过程中相互作用、相互转化的桥梁,也是能量进行转移或转化过程的桥梁。

机械力的桥梁作用:物体通过机械力来改变物质运动的方向与速度,从而改变物体的能量分布状态。

电解力的桥梁作用:电解水的化学反应过程,就是通过电解力将电能转化为水、氢气、氧气的化学能。

万有引力的桥梁作用:天体之间的万有引力,改变天体的运动方向与运动速度,从而改变天体的能量分布状态。

电磁力的桥梁作用:水力发电机就是通过电磁力将水的动能转化为电能,电动机通过电磁力将电能转化为机械能。

摩擦力的桥梁作用:就是通过摩擦力将运动物体的动能转换为摩擦表面的分子运动的热能。

化学力的桥梁作用:电池的充电过程就是通过电力将电能转化为电池的化学能;电池的使用过程就是通过化学力将电池中的化学能转化为机械能(如汽车电池),或光能(如手电筒)。化学力可分为氧化力与还原力,其中,氧化力就是推动化学氧化过程的化学力,还原力就是推动化学还原过程的化学力。

振动力的桥梁作用:人类发出声音的过程就是通过振动力将机械能转化为声能。

辐射力的桥梁作用:太阳能电池的充电过程就是通过辐射力将光能转换为电池的化学能。

人力的桥梁作用:从物理化学的角度来看,人进行体力劳动的过程就是将人体内的生物化学能转化为手、脚、身进行机械运动的动能。

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参考资料:

1、统一价值论,仇德辉著,中共中央党校出版社,2018

2、数理情感学,仇德辉著,中共中央党校出版社,2018

3、情感机器人,仇德辉著,台海出版社,2018

 

 




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