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自然的问题:能量和平衡状态的探究

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:在小学生的许多教科书中会出现这样的话:能量是做功的能力。这样的定义形成一个恶性循环。物理学的历史表明,恶性循环掩盖了误解。他们问的这些问题并不天真。我认为解释一般规律的最好方式,是认清似乎完全不同的例子间的相似点或重合(巧合)处。第一个我们用来表明的主要假设的例子是所考虑的事物的假定平衡状态。它与非平衡状态的区别很明显,如图9-1所示。图9-1 一个非常常见的热力系统的平衡a)和非平衡b)状态

自然的问题:能量和平衡状态的探究

情况很糟。

莎士比亚,《哈姆雷特》

在一些基本的定义中有些东西确实是乱七八糟(很糟糕)的。在小学生的许多教科书中会出现这样的话:能量是做功的能力。如果有人特别好奇地去探究到底什么是功时,就会发现:功是能量的转换……或类似的东西,……能量穿过边界传递。这样的定义形成一个恶性循环。物理学的历史表明,恶性循环掩盖了误解。

学生在学习老师讲解的能量守恒定律时会出现其他的问题:“我已经听到很多次了,我们有责任节约能源、防止浪费,因为能量难以产生。如果我们的上帝真地创造了能量呢,那为什么要节约能源?未来他会做过去做过的相同的事情吗?如果能量不能出现或消失,那怎么可能产生能量呢?我觉得我需要节约一些东西,但它又是什么?”

他们问的这些问题并不天真。但是他们却在中学物理中迷路了。在这里,我试图填补这一空白。我要讨论的任何东西都是用日常生活中的例子来说明的,几乎不含任何数学运算。我认为解释一般规律的最好方式,是认清似乎完全不同的例子间的相似点或重合(巧合)处。第一个我们用来表明的主要假设的例子是所考虑的事物的假定平衡状态。它与非平衡状态的区别很明显,如图9-1所示。(www.xing528.com)

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图9-1 一个非常常见的热力系统的平衡

a)和非平衡b)状态

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