大家是否觉得能量其实只有两种形式——动能和势能?
我也思考过这个题目,按照我领会的常识,我的感受与题主不异,
即今朝认知的能量,终极都可以分为动能和势能。
今朝我们发现的相互感化只要四种,即电磁、弱、强以及引力相互感化,一切宏观现象都可以归结到这四种相互感化中[1],
比如说弹簧的势能,来自于份子之间的电磁相互感化能;
物体的重力势能,来自于引力相互感化;
核能,来自于质子中子之间的强相互感化能;
势能实在就是相互感化,粒子与粒子之间的相互感化,假如没有相互感化,那末粒子之间就不会出现能量大概动量的交换,那末就只要动能了。现实上,势能对空间的导数就是力:
。
所以,势能是与力,即相互感化,绑定在一路的。
先来看描写微观粒子的电磁、弱、强相互感化[2],这三种相互感化都可以在量子场论的框架下获得很是好的描写,而在量子场论中,一种相互感化通常为经过写出系统的拉氏量动身的。
在分析力学中,拉氏量实在就是动能减去势能:
在场论中,比如说斟酌标量场,其拉氏量密度为:
其中 为粒子场,
第一项为其对时候的二阶导数,对应粒子的总能量;
第二项为其对空间的二阶导数,对应粒子的动能;
第三项中 为质量,对应了粒子的玖宪;
第四项为相互感化项,由于此处只斟酌了一个场,是以相互感化只能有一个场, 为耦合系数,表征相互感化强度,这实在就是势能,相互感化实在便可以了解成势能。
一般来说,场的高阶(大于2)次方项都是相互感化项,不外二次方项,即质量项,也可以看成势能项,即静能也可以设想成势能,只不外这个势能的表示形式是质量。
而更现实的量子电动力学的拉氏量密度为:
其中 、 为带电粒子的场, 为电磁矢势, 为电磁张量,
这两者都是电磁场的分歧形式而已。可以看到,量子电动力学中,
就代表了电子的动能和静能,
为电磁场的动能,由于电磁场的静止质量为零,是以形式有点特别,宏观中电场的能量就来历于这一项。而
是带电粒子与电磁场的相互感化项,也是量子电动力学的精华。这一项终极就能获得带电粒子在电场中的势能形式。
别的的弱相互感化以及强相互感化的拉氏量都可以写成这类形式。
经过以上分析可以看出,动能就是粒子自己自力的能量,而势能就是粒子与别的粒子的相互感化能。
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