也谈基础物理学中的“能量”、“正能量”、“负能量”的最简明解释

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也谈基础物理学中的“能量”、“正能量”、“负能量”的最简明解释

作者:山风

1、基础物理学中“能量”的定义:

最经典也最表象的定义:能量就是做功的本领。

最本质的定义:能量=质量×光速的平方(即爱因斯坦质能方程)。由此可知,能量在本质上确实只有正值、没有负值,除非负质量物质被发现。

2、基础物理学习、研究中的“正能量”、“负能量”:

某物体在某状态时的某种能量为正值,表明该物体在该状态下的该能量比上一状态(或指定的0能量状态)增加了该数值。

某物体在某状态时的某种能量为负值,表明该物体在该状态下的该能量比上一状态(或指定的0能量状态)减少了该数值的绝对值。

“0能量状态”往往是根据学习、研究或处理问题的方便,依物理学界公认的行规人为指定的,如,在地球表面的重力场中,往往指定地理的0高度面(即海平面)为0重力势能参考面。

现举例如下,以帮助理解:

例1:某物体的重力势能为9.8焦耳,表明它在这一状态下的重力势能比“指定的0重力势能状态”时增加了9.8焦耳;某物体的重力势能为-9.8焦耳,表明它在这一状态下的重力势能比“指定的0重力势能状态”时减少了9.8焦耳。

例2:经典玻尔理论的氢原子核外电子在第一轨道上的电场能为-13.6电子伏特,表明它在该轨道上的电场能比它在指定的0电场能状态(即离核无穷远处)时减少了13.6电子伏特。

例3:在应用热力学第一定律W+Q=ΔE时,对式中各物理量的符号可作如下规定:外界对物体作功,W取正值;物体对外作功,W取负值;外界对物体传热,Q取正值;物体对外传热,Q取负值;物体内能增加,ΔE取正值;物体内能减少,ΔE取负值。

按能量的本质定义,任何物体能量增加或减少时,必伴随着质量的增加或亏损,只是在宏观状态下,这种质量的变化极其极其微小,根本无法觉察。

(XYS20170530)

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