能量守恒定律能量守恒定律 科技名词定义科技名词定义 中文名称： 能量守恒定律 英文名称： law of energy conservation 定义： 各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的，能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的 所属学科： 资源科技(一级学科) ；能源资源学(二级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片百科名片 能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变这就是能量守恒定律，如今被人们普遍认同 定律内容定律内容 (1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等 (2)不同形式的能量之间可以相互转化：“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且是通过做功来完成的这一转化过程。
(3)某种形式的能减少， 一定有其他形式的能增加， 且减少量和增加量一定相等． 某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等 能量守恒的具体表达形式能量守恒的具体表达形式 保守力学系统：在只有保守力做功的情况下，系统能量表现为机械能（动能和位能/势能），能量守恒具体表达为机械能守恒定律 热力学系统：能量表达为内能，热量和功，能量守恒的表达形式是热力学第一定律 相对论性力学：在相对论里，质量和能量可以相互转变计及质量改变带来能量变化，能量守恒定律依然成立历史上也称这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律 总的流进系统的能量必等于总的从系统中流出的能量加上系统内部能量的变化,能量能够转换，从一种形态转变成另一种形态 系统中储存能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的能量 能量守恒定律的重要意义能量守恒定律的重要意义 能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。
能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器 ——能量守恒和转化定律的发现能量守恒和转化定律的发现 能量守恒和能量转化定律与细胞学说，进化论合称19 世纪自然科学的三大发现而其中能量守恒和转化定律的发现，却是和一个“疯子”医生联系起来的 这个被称为“疯子”的医生名叫迈尔（1814~1878），德国汉堡人，1840 年开始在汉堡独立行医他对万事总要问个为什么，而且必亲自观察，研究，实验1840 年 2月 22 日，他作为一名随船医生跟着一支船队来到印度尼西亚一日，船队在加尔各达登陆，船员因水土不服都生起病来，于是迈尔依老办法给船员们放血治疗在德国，医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针， 就会放出一股黑红的血来， 可是在这里，从静脉里流出的仍然是鲜红的血于是，迈尔开始思考：人的血液所以是红的是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热量，维持人的体温这里天气炎热，人要维持体温不需要燃烧那么多氧了，所以静脉里的血仍然是鲜红的那么，人身上的热量到底是从哪来的？顶多 500 克的心脏，它的运动根本无法产生如此多的热，无法光靠它维持人的体温那体温是靠全身血肉维持的了，而这又靠人吃的食物而来，不论吃肉吃菜，都一定是由植物而来，植物是靠太阳的光热而生长的。
太阳的光热呢？太阳如果是一块煤，那么它能烧 4600 年，这当然不可能，那一定是别的原因了，是我们未知的能量了他大胆地推出，太阳中心约 2750 万度（现在我们知道是 1500 万度）迈尔越想越多，最后归结到一点：能量如何转化（转移）？ 他一回到汉堡就写了一篇《论无机界的力》，并用自己的方法测得热功当量为 365 千克米/千卡他将论文投到《物理年鉴》，却得不到发表，只好发表在一本名不见经传的医学杂志上他到处演说：“你们看，太阳挥洒着光与热，地球上的植物吸收了它们，并生出化学物质……”可是即使物理学家们也无法相信他的话，很不尊敬地称他为“疯子”，而迈尔的家人也怀疑他疯了，竟要请医生来医治他他因不被人理解，终于跳楼自杀了 和迈尔同时期研究能量守恒的还有一个英国人——焦耳（1818~1889），他自幼在道尔顿门下学习化学、数学、物理，他一边经营父亲留下的啤酒厂，一边搞科学研究1840 年，他发现将通电的金属丝放入水中，水会发热，通过精密的测试，他发现：通电导体所产生的热量与电流强度的平方，导体的电阻和通电时间成正比这就是焦耳定律1841 年 10 月，他的论文在《哲学杂志》上刊出随后，他又发现无论化学能，电能所产生的热都相当于一定功，即 460 千克米/千卡。
1845 年，他带上自己的实验仪器及报告，参加在剑桥举行的学术会议他当场做完实验，并宣布：自然界的力（能）是不能毁灭的，哪里消耗了机械力（能），总得到相当的热可台下那些赫赫有名的大科学家对这种新理论都摇头，连法拉第也说：“这不太可能吧更有一个叫威廉·汤姆孙（1824~1907）的数学教授，他 8 岁随父亲去大学听课，10 岁正式考入该大学，乃是一位奇才，而今天听到一个啤酒匠在这里乱嚷一些奇怪的理论，就非常不礼貌地当场退出会场 焦耳不把人们的不理解放在心上，他回家继续做着实验，这样一直做了 40 年，他把热功当量精确到了 423.9 千克米/千卡1847 年，他带着自己新设计的实验又来到英国科学协会的会议现场在他极力恳求下，会议主席才给他很少的时间让他只做实验，不做报告焦耳一边当众演示他的新实验，一边解释：“你们看，机械能是可以定量地转化为热的，反之一千卡的热也可以转化为 423.9 千克米的功……”突然，台下有人大叫道：“胡说，热是一种物质，是热素，他与功毫无关系”这人正是汤姆孙焦耳冷静地回答到：“热不能做功，那蒸汽机的活塞为什么会动？能量要是不守恒，永动机为什么总也造不成？”焦耳平淡的几句话顿时使全场鸦雀无声。
台下的教授们不由得认真思考起来，有的对焦耳的仪器左看右看，有的就开始争论起来 汤姆孙碰了钉子后，也开始思考，他自己开始做试验，找资料，没想到竟发现了迈尔几年前发表的那篇文章，其思想与焦耳的完全一致！他带上自己的试验成果和迈尔的论文去找焦耳，他抱定负荆请罪的决心，要请焦耳共同探讨这个发现 在啤酒厂里汤姆孙见到了焦耳，看着焦耳的试验室里各种自制的仪器，他深深为焦耳的坚韧不拔而感动汤姆孙拿出迈尔的论文，说道：“焦耳先生，看来您是对的，我今天是专程来认错的您看，我是看了这篇论文后，才感到您是对的焦耳看到论文，脸上顿时喜色全失：“汤姆孙教授，可惜您再也不能和他讨论问题了这样一个天才因为不被人理解，已经跳楼自杀了，虽然没摔死，但已经神经错乱了 汤姆孙低下头，半天无语一会儿，他抬起头，说道：“真的对不起，我这才知道我的罪过过去，我们这些人给了您多大的压力呀请您原谅，一个科学家在新观点面前有时也会表现得很无知的一切都变得光明了，两人并肩而坐，开始研究起实验来 1853 年，两人终于共同完成能量守恒和转化定律的精确表述 能量的转化和守恒定律有三种表述：永动机不能造成，能量的转化和守恒定律及热力学第一定律。
这三种表述在文献中是这样叙述的：“热力学第一定律就是能量守恒定律根据能量守恒定律，……所谓永动机是一定造不成的反过来，由永动机的造不成也可导出能量守恒定律这里不难看出，三种表述是完全等价的但笔者认为， 这种等价是现代人赋予它们的现代价值， 若从历史发展的角度来考查就会发现，三种表述另有它连续性的一面，但还有差异性的一面这种差异反映了人类认识定律的不同阶段 1 定律的经验性表述——永动机是不可能造成的（1475～1824） 很早以前，人类就开始利用自然力为自己服务，大约到了十三世纪，开始萌发了制造永动机的愿望到了十五世纪，伟大的艺术家、科学家和工程师达·芬奇（Leonard·do·Vinci 1452～1519），也投入了永动机的研究工作他曾设计过一台非常巧妙的水动机，但造出来后它并没永动下去1475 年，达·芬奇认真总结了历史上的和自己的失败教训，得出了一个重要结论：“永动机是不可能造成的在工作中他还认识到，机器之所以不能永动下去，应与摩擦有关于是，他对摩擦进行了深入而有成效的研究但是，达·芬奇始终没有，也不可能对摩擦为什么会阻碍机器运动作出科学解释，即他不可能意识到摩擦（机械运动）与热现象之间转化的本质联系。
此后，虽然人们还是致力于永动机的研制，但也有一部分科学工作者相继得出了“永动机是不可能造成的”结论，并把它作为一条重要原理用于科学研究之中荷兰的数学力学家斯台文 （SimonStevin 1548～1620） ， 于 1586 年运用这一原理通过对“斯台文链”的分析，率先引出了力的平行四边形定则伽俐略在论证惯性定律时也应用过这一原理 尽管原理的运用已取得了如此显著的成绩，但人们研制永动机的热情不减惠更斯（C·Huygens1629～1695） 在他 1673 年出版的《摆式时钟》一书中就反映了这种观点书中，他把伽俐略关于斜面运动的研究成果运用于曲线运动，从而得出结论：在重力作用下，物体绕水平轴转动时，其质心不会上升到它下落时的高度之上因而，他得出用力学方法不可能制成永动机的结论； 但他却认为用磁石大概还是能造出永动机来的 针对这种情况，1775 年，巴黎科学院不得不宣布：不再受理关于永动机的发明 历史上，运用“永动机是不可能制成”的这一原理在科研上取得最辉煌成就的是法国青年科学家卡诺（sadi Carnot 1796～1832）1824 年，他将该原理与热质说结合推出了著名的“卡诺定理”。
定理为提高热机效率指明了方向，也为热力学第二定律的提出奠定了基础但这里要特别强调的是，卡诺虽然将永动机不能造成的原理运用于热机，但他的思想方法还是“机械的”他在论证时将热从高温热源向低温热源的流动同水从高处向低处流动类比，认为热推动热机作功就像水推动水轮机作功一样，水和热在流动中并无任何损失 可见，从 1475 年达·芬奇提出“永动机是不可能造成的”起到 1824 年卡诺推出“卡诺定理”止，原理只能在机械运动和“热质”流动中运用，它远不是现代意义上的能量的转化和守恒定律，它只能是机械运动中的能量守恒的经验总结，是定律的原始形态1891 年，亥姆霍兹（H·Helmloltz1821～1894）400) 在回顾他研究力的守恒律的起因时说：“如果永动机是不可能的话，那么在自然条件下的不同的力之间应该存在什么样的关系呢？而且，这些关系实际上是否真正存在呢？”可见，“永动机是不能造成的”还很肤浅，要认识它的深刻的内涵，还须人们付出艰苦的劳动 2 定律的初期表述——力的守恒（1824～1850） “能量的转比和守恒定律”的提出必须建立在 134 三个基础之上：对热的本质的正确认识；对物质运动的各种形式之间的转化的发现；相应的科学思想。
到十九世纪，这三个条件都具备了 1798 年，伦福特（C· Rumford 1753～1814）向英国皇家学会提交了由炮筒实验得出的热的运动说的实验报告1800 年，戴维（D·H·Davy 1778～1829） 用真空中摩擦冰块使之溶化的实验支持了伦福特的报告1801 年，托马斯·杨（ThomasYoung 1773～1829）在《论光和色的理论》中，称光和热有相同的性质，强调了热是一种运动从此，热的运动说开始逐步取代热质说 十八世纪与十九世纪之交，各种自然。