能量转换

能量转换，是将能量从一种形式转换为另一种形式的过程。在物理学中，能量是指提供执行工作（例如举起物体）或提供热量的能力的量。根据能量守恒定律，除了转化以外，能量还可以转移到其他位置或对象，但不能创建或销毁。

许多形式的能量都可以用于自然过程中，或为社会提供某种服务，例如供暖、制冷、照明或进行机械操作来操作机器。例如，为了给房屋供暖，熔炉燃烧燃料，将其化学势能转换为热能，然后将其传递到房屋的空气中以提高其温度。

从其他形式的能量转换为热能的效率可能为100％。非热能形式之间的转换可能会以相当高的效率进行，尽管由于摩擦和类似的过程，总会有一些热能消散。有时，效率接近100％，例如当物体掉入真空中时，势能转化为动能时。这也适用于相反的情况；例如，椭圆轨道上的物体围绕另一个物体移动时，其动能（速度）转换为重力势能（与另一个物体的距离），远离其母体。当达到最远点时，它将逆转过程，加速并将势能转换为动能。由于空间接近真空，因此该过程的效率接近100％。

热能之所以独特，是因为它无法转化为其他形式的能量。只能使用热/热能（温度）密度的差异来执行功，并且这种转换的效率（远远）小于100％。这是因为热能代表了一种特别无序的能量形式。它随机分布在构成系统的微观粒子集合的许多可用状态中（据说每个粒子的位置和动量的这些组合形成了一个相空间）。这种无序或随机性的量度是熵，其定义特征是隔离系统的熵永远不会降低。一个人不能采取高熵系统（例如具有一定量热能的热物质）并将其转换为低熵状态（例如具有相应较低能量的低温物质），而该熵不会传播到其他地方（如周围的空气）。换句话说，如果不将能量散布到其他地方，就无法集中能量。

有许多不同的机器和换能器将一种能量形式转换为另一种能量形式。简短的示例列表如下：

• 热电（热量→电能）
• 地热能（热量→电能）
• 热力发动机，例如汽车中使用的内燃发动机或蒸汽发动机（热能→机械能）
• 海洋热能（热量→电能）
• 水力发电大坝（重力势能→电能）
• 发电机（动能或机械功→电能）
• 燃料电池（化学能→电能）
• 电池（电）（化学能→电能）
• 火（化学能→热量和光能）
• 电灯（电能→热量和光）
• 麦克风（声音→电能）
• 波功率（机械能→电能）
• 风车（风能→电能或机械能）
• 压电（应变→电能）
• 摩擦（动能→热）
• 电加热器（电能→热量）
• 光合作用（电磁辐射→化学能）
• ATP水解（三磷酸腺苷中的化学能→机械能）