能量的形式

与“枯燥”的行星不同，地球上既有物质又有能量。物质即是我们这个世界，而能量则能移动物体、提高温度、融化固体以及使液体沸腾。总之，能量能引起物质的变化。

摩擦你的双手，你从哪儿获得能量来做这个？其实，我们所需的能量就来自于储存在食物中的化学能。还记得前两课中提到的光合作用吗？食物中的化学能就来自于太阳光能。因此，你能够摩擦双手，就是因为能量由太阳光能转化为化学能，再转化为动能。

科学家们经过多年的研究才发现光、运动、电、热都涉及能量。现在，我们把它们称为能量的不同形式，且可相互转化。

那么在摩擦双手的过程中，能量又发生了什么变化呢？随着双手的摩擦，动能转化成了热能。这一运动转化为热的现象，在科学家研究能量概念中起到了重要作用。

为了研究能量的不同形式，科学家测量出了从一定量的动能中所能获得的热量。著名的科学家本杰明·汤姆森是首次尝试相关实验的人。本杰明于1753年生于马萨诸塞州，他在美国独立战争期间为英国做间谍工作。在其间谍身份被揭穿之后，他不得不离开他的妻子和还在襁褓中的女儿，只身逃往欧洲。

在欧洲，本杰明继续为不同的国家做间谍。同时，在科学研究方面，他也做出了卓越的贡献。他发明了高效率壁炉，及第一件用来测量光能的器具。另外，他还自创出制作咖啡的现代水滴法。并且，本杰明还为穷人建立了一整套家务工作系统，同时也为军队的组建与管理提出了非常有效的建议。

在军队工作期间，本杰明研究了在大炮钻孔的过程中所产生的热量。他做了一个实验，让套着缰绳的马绕圈跑，从而转动金属钻孔器给大炮钻孔。同时，用水把大炮完全覆盖。钻孔器与大炮摩擦所产生的热量提高了水温。他描述道，在没有明火加热的情况下，可以用这种方式把12升的冷水加热至沸腾，旁观者都惊呆了。

许多实验，包括本杰明·汤姆森所做的试验在内，都证实了：能量的形式发生改变时，能量既不会消失也不会再生。这一结论最终演变为著名的“能量守恒定律”。这一定律表明，能量不会凭空产生也不会凭空消失。无论如何，总能量总是保持不变。

乍一看，这一科学定律并不符合我们的日常经验。周一我们给汽车加满油之后，在一周内行驶了500千米，到了周日我们就不得不再次加油。当地的能源公司向我们收取用于住宅暖气的汽油或天然气费用时，如果我们拒绝付账，并写信给公司理论，说“能量守恒定律”表明我们并没有消耗能量，那结果会怎样？

其实，能量守恒定律立足于更广的能量视角。当我们使用暖气时，我们只注意到了燃料与房间里的热量。而能量守恒定律则同时关注溢出房间的热量，虽然这些热量逃逸到大气中，向外太空扩散，但它们永远都存在，不会被破坏。并且，燃料（例如天然气、石油或木材）释放出的热量与燃料中的化学能相等。我们应该付电费或天然气费用，并不是因为我们破坏了能量，而是因为我们消耗掉了一定量以方便形式贮存的能量，从而使能量变成了另一种可利用性较低的形式。