[科普中國]-守恒定律

指在自然界中某種物理量的值恒定不變的規(guī)律。守恒定律是一種簡單的講法，這個講法說的是，不管是什么東西，它的量，不論發(fā)生什么事，都不會變1。總的說來，物理學大約有十二個守恒律。這些守恒律越來越重要，尤其對高能粒子物理學更為重要。

能量守恒定律定律簡介能量守恒定律即熱力學第一定律，是指在一個封閉（孤立）系統(tǒng)中的總能量保持不變。其中總能量一般說來已不再只是動能與勢能之和，而是靜止能量（固有能量）、動能、勢能三者的總量。

能量守恒定律可以表述為：一個系統(tǒng)的總能量的改變只能等于傳人或者傳出該系統(tǒng)的能量的多少?？偰芰繛橄到y(tǒng)的機械能、熱能及除熱能以外的任何內(nèi)能形式的總和。2

（1）自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應：物體運動具有機械能、分子的運動具有內(nèi)能、電荷的運動具有電能、原子核內(nèi)部的運動具有原子能等等。

（2）不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化：“摩擦生熱是通過克服摩擦做功將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等等”。這些實例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且是通過做功來完成的這一轉(zhuǎn)化過程。

（3）某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。

表達形式保守力學系統(tǒng)：在只有保守力做功的情況下，系統(tǒng)能量表現(xiàn)為機械能（動能和位能/勢能），能量守恒具體表達為機械能守恒定律。

熱力學系統(tǒng)：能量表達為內(nèi)能，熱量和功，能量守恒的表達形式是熱力學第一定律。

核力學系統(tǒng)：在核聚變、核裂變過程中，產(chǎn)生大量能量的同時，有大量的粒子射出，所以物體的質(zhì)量在減少。如果核聚變、核裂變的過程可逆，那么就需要大量的粒子和大量的能量來構(gòu)成核聚變、核裂變的逆變過程。核聚變與核聚變逆變、核裂變與核裂變逆變之間，它們的能量是守恒、質(zhì)量也是守恒。

總的流進系統(tǒng)的能量必等于總的從系統(tǒng)中流出的能量加上系統(tǒng)內(nèi)部能量的變化，能量能夠轉(zhuǎn)換，從一種形態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種形態(tài)。

系統(tǒng)中儲存能量的增加等于進入系統(tǒng)的能量減去離開系統(tǒng)的能量。

重要意義能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學到地質(zhì)、生物，大到宇宙天體。小到原子核內(nèi)部，只要有能量轉(zhuǎn)化，就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學研究、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風能、核能等的利用，都是通過能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。能量守恒定律是人們認識自然和利用自然的有力武器。

動量守恒定律內(nèi)容：

如果一個系統(tǒng)不受外力或者所受外力的矢量和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變3。

適用范圍：

1、系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為零；

2、系統(tǒng)受外力，但內(nèi)力遠大于外力，則外力可以忽略不計；

3、系統(tǒng)所受外力之和不為零，但在某一個方向上所受的合力為零，則在這個方向上的動量守恒；

4、全過程的某一階段系統(tǒng)受的合力為零，則該階段系統(tǒng)動量守恒。

表達式：

1、m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2；

2、p=p'（p為初動量，p'為末動量）；

3、△p=0或△p1= —△p2。

性質(zhì)：

矢量性：動量守恒的表達式是一個矢量式。對于作用前后物體的運動方向都在同一直線上的問題，要選取統(tǒng)一的正方向 。

相對性：動量守恒定律中的速度都是相對于同一參考系的，若問題中給出的速度足物體間相對速度，必須轉(zhuǎn)化為相對同一參考系的速度。

質(zhì)量守恒定律質(zhì)量守恒定律。它是自然界普遍存在的基本定律之一。18世紀時法國化學家拉瓦錫從實驗上推翻了燃素說之后，這一定律始得公認4。

在任何與周圍隔絕的體系中，不論發(fā)生何種變化或過程，其總質(zhì)量始終保持不變?；蛘哒f，任何變化包括化學反應和核反應都不能消除物質(zhì)，只是改變了物質(zhì)的原有形態(tài)或結(jié)構(gòu)，所以該定律又稱物質(zhì)不滅定律?；瘜W反應的過程，就是參加反應的各物質(zhì)（反應物）的原子，重新組合而生成其他物質(zhì)的過程。在化學反應中，反應前后原子的種類沒有改變，數(shù)目沒有增減，原子的質(zhì)量也沒有改變。也就是說 A+B =C+D的化學反應，其中A和B的質(zhì)量和等于C和D的質(zhì)量和。任何一種化學反應，其反應前后的總質(zhì)量是不會變的。物質(zhì)質(zhì)量既不會增加也不會減少，只會由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。但是，一個物體在作用時需要在密閉的環(huán)境下，質(zhì)量才會相同，若是在大氣中，某些反應質(zhì)量會變重，是因為與空氣結(jié)合。質(zhì)量守恒定律是自然界普遍存在的基本定律之一。

電荷守恒定律一個孤立系統(tǒng)的電荷總量是保持不變的，即在任何時刻，不論發(fā)生什么變化，系統(tǒng)中的正電荷與負電荷的代數(shù)和保持不變。這就是電磁現(xiàn)象中基本規(guī)律之一的電荷守恒定律。定律表明，如果孤立系統(tǒng)中某處在一個物理過程中產(chǎn)生或消滅了某種符號的電荷，那么必有等量的異種電荷伴隨產(chǎn)生或消滅；如果孤立系統(tǒng)中電荷總量增加或減少，那么必有等量的電荷進入或離開該孤立系統(tǒng)。5

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

郎奠波 - 副教授 - 黑龍江財經(jīng)學院