功和能量的差别

【专家解说】：功是过程量——当我们说到某个功时，一定是指某个物体在某个过程中因受到某个力而产生的这个功。所谓过程就是指某段时间和某段位移。功的三要素是：1）存在某个作用于某物体上的外力，2）该物体发生了一段位移，3）外力的方向与位移的方向没有始终相互垂直（即夹角的余弦不总是为0）。同时满足这三个条件，我们就说在那个过程中那个外力一定对那个物体做了功。功是力在某位移上的功。 能是状态量——当我们说到某个能量时，一定是指某个物体处于某个状态时所具有的能量。所谓状态是指这个物体所在的位置和所具有的速度。能量是物体在某状态上的能量。 功是能量改变的量度——如果某个能量不改变，那就一定意味着某个力没做功；反之，如果某个力做了功，那就一定伴随着物体的某个能量改变了。注意：一个功至少对应两个能量——初始的能量与末态的能量。 再次强调：功是力的功，是过程量；能量是物体的能量，是状态量；功伴随着能量的改变。 比如发射一颗炮弹，如果是在外太空，那炮弹就一直保持着刚出炮膛时的速度——它的动能不变，为何此动能不变呢？因为没有外力作用到炮弹上，也就没有功。如果是在地面，那就有重力和空气阻力作用在炮弹上，空气阻力的方向时刻与炮弹的速度的方向相反——在任意一小段位移中，空气阻力的方向总与炮弹的位移的方向相反，所以阻力的功总是负的，所以阻力的功总是使炮弹的动能越来越小。重力的方向总是竖直向下，这样在炮弹上升阶段，重力做负功——使动能越来越小；而下落阶段则做正功使动能越来越大。 再如，导线中的电能实际上就是电线中自由电子定向运动时所具有的动能。电源产生的静电场遍布在导线中，这个电场对身处其中的电子施以电力作用，不断推动电子加速运动（类似于上段中炮弹在下落阶段重力对炮弹的加速作用），这个过程中就是电力对电子做正功，使得电子的动能增大——导线中的电能增大。但在电子前进的沿途，它要遭到构成导线的金属原子的拦截、碰撞，这个力就类似于上段中空气阻力对炮弹的阻碍作用——这个力做负功，使电子动能减少——导线中的电能减小。这两种正负功大小相等时，电子的动能总体平均来说就保持不变（其实是时增时减的）。 在热力上用的功和动力上用的功, 是完全一样吗? ——完全一样！ 因为不懂为什么动力的用的功也用焦耳来表示, 为什么不用N? ——N是力的单位，功则是力与位移的乘积，单位是N.m，给这个组合单位一个特殊的名字J，即焦耳。