永動機，這可是人類歷史長河中一個無比美好的愿望啊。不燒煤不費電，零消耗純干活，簡直是天上連續掉餡餅。

然而，殘酷的現實是，經過無數人夜以繼日、前赴后繼的研究來研究去，永動機到底也沒造出來。為啥呢？是人們不夠努力嗎？顯然不是，永動機造不出來是因為我們所處的這個世界存在著一個鐵一般的規律——能量守恒。

什么是能量守恒呢？就是說這世間的能量總數是固定不變的，不會無中生有，也不會憑空消失，只能在不同形式間轉化。水力發電，水的能量給了電，電機抽水，電的能量給了水，而總數一直沒變。

誒，說到這兒問題可就來了。既然能量的總數是不變的，那我們為啥還要提倡節能呢？

這里面的道理其實不難，但考慮到能量這東西看不見摸不著，有點抽象，我們先用粉筆做一個類比，說一說為什么總量不變也需要節約。

拿粉筆在黑板上寫字的時候，粉筆變成粉筆灰。從物質的角度來看，“粉兒” 的總量其實并沒有發生變化吧。那“粉兒” 的總量不變，舊粉筆用完了，我們為啥還要買新粉筆呢？道理很簡單，變成灰的粉筆雖然“粉兒”的總量沒變，但是我們已經拿不起來這些粉了。

所以說呢，總量不變可不意味著就能反復使用，對于能量而言，道理也是一樣的，它們的品質也像粉筆與粉筆灰一樣，有高低之分，只有高質量的能量我們才能拿來利用。那高質量的能量有什么特點呢？兩個字——有序。

舉個例子吧，一輛正在風馳電掣般行駛的汽車，它的每一個零件、每一個原子都朝同一方向以相同速度運動，這種狀態很有序，這就很有序，那汽車的動能就是我們可以利用的能量。現實中我們也是這么做的，我們用汽車去拉著貨物跑長途，或者帶著我們去兜風。

但是呢，當汽車剎車的時候，情況就大不一樣啦。車輪和地面之間劇烈地摩擦，就會產生熱量。這摩擦生的熱就不像汽車的動能那樣有序，我們根本就說不清這熱到底聚集在什么部分，哪里熱得厲害，哪里不怎么熱，而且這些熱量我們也完全沒法管束，只能任由它們四處擴散，不一會兒就消失得無影無蹤啦，所以汽車剎車時產生的熱量就是無序的能量，我們難以利用它們。

如果你仔細想一下，就能發現我們常用的能量中都存在著有序，風能其實就是空氣分子有序的運動，電能就是電線里的電子有序的運動。

就連剛才我們提到的熱，只要它熱得有序，我們也是可以利用的。就像瓦特發明蒸汽機的時候看到的那個水壺，水壺里面是熱的，外面是涼的，兩邊有著明顯的溫度差，這就是一種熱的有序狀態啊。如果有需要的話，瓦特可以拿著這份熱量到處走，用它來對外界造成可控的影響。但是，一旦熱氣跑到了水壺外面，這股能量我們就再也把握不住了，只能眼睜睜地看著它一去不復返。

說到這兒，為什么要節能的道理就很清楚啦。我們平常所說的節能，其實并不是針對所有種類的能量，而是僅僅針對那些有序的、能夠被我們利用的能量，不要讓它們白白浪費掉。可不包括那些無序的、像粉筆灰一樣不能被我們利用的能量。而且人們為了表達對有序能量的喜愛，還特意給它起了一個親切的名字，能源~

作者：問題小分隊

審核：北交大物理實驗室高級工程師 周曉亮

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計劃

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