| 谁最先描述了基本定律(3) |
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能量的转换
作为物理量的能量(做功的能力)概念是在19世纪中期才明确界定下来的。不过，早在1686年，德国哲学家G．莱布尼兹就曾预见到了一个运动物体具有的“死力”和“活力”(类似于动能，他用mv平方表示)之间的区别，或者像我们现在确定的势能与动能之间的区别。
势能(或者位能)就是物体在保守力场 (如重力场)中因相对位置变化所具有的能量。比如，我们想像一下在距地面有一定高度的桌子上摆放着一个花瓶。它相对于地面的势能是由重力这种吸引力导致的，在重力场的情况下，这个吸引力的大小可以近似看做与花瓶距地面的高度无关。如果结束花瓶的静止状态，比如说某个人碰了它，使它落向地面，它就开始具有了动能，即物体运动所带有的那种能量：花瓶落地失去了高度，也就是失掉了势能而获得了动能。
能量能从一种形式转换为另一种形式，但系统的总能量仍是恒定的。就是对过程中最后那个不可避免的结局来说，情况是相同的：当花瓶碎在了地上，花瓶的动能就分散在碎片上，最终由于摩擦的作用又会转化为热能。能量守恒和行星的运动能量守恒定律在开普勒第二定律中也是适用的。以太阳作为基准的一个行星的势能在远离太阳时逐渐增大，而当它靠近太阳时又逐渐减小。在远日点，即离太阳最远的轨道点上，行星的势能最大，而它的动能则最小：结果就是行星运转的更为缓慢。在近日点上(最靠近太阳的轨道点)则相反，行星的势能最小，而其动能最大：结果就是行星运转得更快。
发现热水的人
当我们行走时，我们觉察不到自己躯体的工作过程，而实际上，它把机械能转换成了热能。在我们周围不断发生着同样的事：行驶中的汽车轮胎同柏油路的摩擦，或者火车到站时启动制动刹车系统。汽车或火车一旦停下来，就再没有与运动有关的机械能(动能)了，但如果我们摸一下轮胎或火车的轮子就会发现它们是热的。
不过，人们过去并不注意这种现象，是英国物理学家詹姆斯·焦耳(1878—1889)指出了这种现象。
焦耳是自学成才的。他生活在工业革命最鼎盛的年代。开始吸引他注意力的首先是“经济”问题和机器的效率问题。他相信热可能是能量的一种形式。他开始研究热与功的转换，并确定它们对应的量值。
焦耳于1843年为实现他那最著名的实验 (确定热量卡与机械能的对应值)而制作了一种隔热极佳的盛水容器。在它内部有一个小涡轮，它是通过绳索和滑轮系统由两个质量相同的物体因重力下落而驱动的。由于容器是隔热的，这里系统的机械能(已知重物的质量和它们下落的高度)全部以热的形式转移到水中，结果经温度计测量，水的温度升高了。当我们使用电动搅拌器时，也会发生同样的情况：机械能由叶片转移到了搅拌的食物上，最后食物变得比我们放进去的时候更热了。
焦耳就这样指明了机械能和热能是能量的两种不同形式，并且确定产生1大卡的热量需要4186焦耳的机械能。
能量的转换原理可以解释物理方面的很多现象，而且在实践中有着极为重要的应用。事实上，今天我们对能量需求的增长，促使我们越来越多地要去了解它的转换，最终以更为有效的方法去利用它。
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