潮汐能违背能量守恒了吗？

问题描述：潮汐能违背能量守恒了吗？由于月球对地球的引力，引起地球的潮汐现象，产生了潮汐能。地球的海水每天反复潮起潮落蕴含着大量能量。像太阳能会在核能耗尽时消失，潮汐能最终的结局又是怎样的呢？如果太阳能耗尽。月球围绕地球公转永不消失，这种能量是否取之不尽用之不竭呢？是否违背了能量守恒，可看成永动机呢？

领域专家：先给出结论，潮汐能没有违背能量守恒。回顾一下中学物理对于能量守 恒的定义：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传 递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。 中学知识回忆到这里就差不多了，潮汐是海水周期性涨落现象，白天为 朝，夜晚为夕，而引起潮汐现象的主要是太阳和月亮。其中引潮力和引 潮天体的质量成正比，和该天体到地球的距离的立方成反比，所以月球 的引潮力约是太阳的引潮力的2.17倍，所以我们主要关注地月间的潮汐 作用。 潮汐作用是怎么影响地球的呢？地球旋转时，海水涌到地球一边，另一 边海洋的水位变浅，这时，海水与海底之间因相对运动而产生了巨大的 摩擦力。这种摩擦力在每一次涨潮和退潮的过程中都会体现。这种现象 有点类似于汽车制动装置中的摩擦运动。就像地球经历了一次“刹车” 一样。不过，别看地球表面大都被海洋覆盖，实际上地表水只占相地球 质量的不到0.067％，地球所有的水资源都汇集到一起也只能形成一个 直径约1384千米的水球。如图：所以这种“刹车”作用相当于你用自行 车脚刹去阻止一艘航空母舰，起不了什么作用。但是，有时间啊，日积 月累下，作用就慢慢的体现出来了。 首先潮汐使地球自转变慢，但地月之间要保持角动量守恒（高中知识点 ），进而使月球公转周期变长，月球轨道半长径变长，这样的话，看数 据：地球自转一周的时间每隔62500年增加1秒，月球则以每年3.8厘米 的速度远离地球。这个过程相当于地球自转的角动量转移到月球的公转 。虽然总的机械能被消耗了一些，但消耗的相比实在太少，在人类的生 命周期内是感觉不到什么的。而且现在我们还能用潮汐能发电啊！ 所以说，潮汐力充当能量传递的角色，它令地球自转减速，同时又对月 球施加一个向前的拉力，持续增加它的轨道机械能，使月球轨道半径慢 慢边长。不过不用担心月亮会离开，因为就算10亿年以后，其影响顶多 是看不到日全食而已。

领域专家：啥也不违背能量守恒。

潮汐的能量来源可以简单的理解为天体运动。比如地球围绕太阳旋转。地球上因为太阳引力而周习性变化的潮汐运动，就是因为地球上的水随着地球转动被太阳拉来拉去。

这个能量当然可以加以利用，并且早在一百年前，即1912年，世界上最早的潮汐发电站就在德国的布斯姆建成。这就是利用涨潮的时候储存水，落潮的时候再拿这些水来发电。原理和水电站类似，都是让水从高处流下来推动发电机转动来发电。而现在世界上也有很多潮汐电站。

这种能量对于人类目前使用的能量来看，基本上算是取之不尽用之不竭的。我这里说的是基本上，如果人类发展更高的阶段，需要更多的能量的话，可以把整个海洋都改造成发电站。

我们回到题主问的能量守恒的问题上。潮汐本身是消耗星球自转动量的，说的直白一点，就是潮汐拖累了行星的自转，潮汐运动大的星球，自转速度都在逐渐变慢。慢到一定程度，就变成潮汐锁定了。月球就被地球潮汐锁定了，只有一面朝着地球。地球将来也许有一天也会只有一面朝着太阳。

地球上的潮汐理论蕴藏量约为3乘以10的9次方千瓦。而这些你没办法全部利用，因为把地球全都建成潮汐电站的话，就没有潮汐作用了。这就好像你晃半瓶子水，如果这些水在瓶子里有一个个小格子固定，那么晃动起来的水就没法储存能量了。

潮汐电站需要在潮汐能量密度大的地方建造，选址很苛刻，能量密度远远小于河流中的大坝。

据最新的估算，有开发潜力的潮汐能量每年约200TW·h。而地球上每个小时，潮汐都会因为与海岸线摩擦消耗掉6120TW的能量。

总而言之，这些能量的来源是天体系统本身的能量，并且一直在缓慢消耗着，遵循能量守恒，不是永动机。但是我们的确可以利用其中一部分能量给我们自己用。

领域专家：没有，潮汐会消耗双方的角动量，最终两者均被潮汐锁定，就不会再有潮汐了。

现在地球的自转角动量正在减少，自转速度正在降低，当然这不是全都被潮汐消耗掉了还有小部分被引力波辐射出去了，其余绝大部分转化为月球的动量抬升了月球轨道，所以月球正在慢慢远离地球。

领域专家：要想搞清楚这个问题，我们首先需要搞清楚能量的定义。

在物理学中，能量是一个间接观察到的物理量。它往往被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力。由于功被定义为力作用一段距离，因此能量总是等同于沿着一定的长度阻挡某作用力的能力。

能量就是用来表征物理系统做功的本领。

同时按照物质的运动形式，能量可分为机械能、化学能、热能、电能、辐射能、核能、光能、潮汐能等。

而潮汐能的产生主要是其他天体对地球潮汐的引力做功形成的能量形式。

那我们来看，月球引起的地球潮汐能本质是因为月球对地球的万有引力作用造成海水潮起潮落，因为月球始终围绕地球旋转，这样月球对潮汐的引力方向会时刻改变，因而造成潮水发生有效位移，从而产生潮汐能。所以，只要月球不停止围绕地球旋转，地球上会始终存在月球引起的潮汐能。

同时，如果单纯考虑月球跟地球潮汐的能量变化，事实上地球上的潮汐就相当于月球时刻在把自身所具有的的角动能一点点“过继”给海水，所以地球上如此波澜壮阔的潮汐能量大部分都是源于月球旋转的角动能。

月球过继给地球潮汐部分能量后，其自身角动能必然会减小，月球会减速，因而造成月球绕地球轨道慢慢在变大——月球正在“逃逸地球”。

目前科学已经证实月球正在以每年3.8cm的速度远离地球，这种情况的发生就是因为月球正在把自身所具备的角动能慢慢过继给海水，同时也会拉慢地球自转，以达到最终月球锁定地球的目的。

所以引起地球潮汐的月亮并不是永动机，潮汐运动依然遵循物理法则的能量守恒的。

最后如果太阳熄灭，那地球肯定会被黑暗包裹，阴冷会成为星球的主基调，到时所有的海水会以冰态存在，那潮汐能自然就会慢慢消失的。再者，事实上在太阳死亡之前，其还要经历红巨星等阶段，地月系由于距离太阳太近，到时能否安然迁移到外围轨道都未可知，又何论地球上还有没有液态水呢？