既然能量守恒,能不能粗略计算地球上的总能量?

记得高中的时候有一次物理课上讲到能量守恒定律,“能量既不会产生,也不会消失,只会从一个物体传到另一个物体,或者从一种形态转化成另一种形态”

当时我问了老师一个无聊的问题,“既然能量守恒,那能不能计算出地球上的总能量?”

老师说,不能。

现在请教果壳大神,能不能粗略计算地球上的总能量?不考虑地球自身的运动,仅考虑地球上的物体(组成地球的成分的内能,地球上所有生物的内能,森林大海空气等等)的能量。

粗略计算,估计能把数量级计算对就很不错了。。。

问题补充:有人说地球不是一个封闭体系,所以能量守恒定律不适用。那么换个问题,能不能计算出地球形成的那一刻,地球上的总能量?

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17个答案
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Ent古生物学博士生,科学松鼠会成员

2015-03-27 12:38

精确解:不能,因为地球不断在和外界交换能量。

粗略解:能,但是算出来也没有任何意义。


之所以没有意义,是因为,我们不关心能量的绝对大小,我们关心的是它的变化状况,或者说它做功的能力。

一个例子。假设一个1kg小球距离“地面”10米,那么它的势能是多少?98J。

但等一下,我突然发现我说的地面其实只是楼地板,而地板距离"真正的地面“90米。那小球的势能是多少?980J。

同样是一个小球,能量怎么变来变去呢?因为在这么小的尺度里,势能的绝对值完全取决于你零点选在哪里。势能的英文是”potential energy“潜在能量,我们根本不在乎也没法定义它的总能量有多大,我们关心的是如果它做出了某个运动(落到地板或者落到地面或者落到海平面),它能释放出多少能量。

所以,你当然可以强行算出地球的”总能量“——然后你发现几乎全部的能量都锁死在原子级别以下,根本没有现实的渠道释放出来。海水倒是也有巨大的内能——但你到哪去找比海水更冷又同样巨大的物体,让这些内能释放出来呢?岩石圈里无数的化学键蕴含着巨大的化学能,但除了化石燃料燃烧之外,剩下的能量你也基本上无可奈何。

换言之,能量这东西不光是看它的数量,不光是看它有多少焦耳,而是要看”品质“的——有些能量更容易转换为别的形式,有些则不那么容易。等到你进一步深入学习热力学的时候,就会知道怎么判断能量的”品质“了。




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自转动能(约):2.58×(10^29)焦耳

静止能量(约):5.37×(10^41)焦耳

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只分析地球自身,硬算。


(其余能量交换基本平衡,至少在地球生命周期内是基本平衡的;至于势能Ent已经说的很明白了)

1)地球自转动能计算 E=(1/5)×(r^2)×(ω^2)×m =2.58×(10^29)焦耳

其中: m=5.977×(10^24) kg ; r=6371393 m ; ω=7.29×(10^-5) rad/s

2)地球静止能量计算 E= m×(c^2) = 5.37×(10^41)焦耳 :(原来10^39算错了,修改了):

其中: c=299792458 m/s

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地球不是封闭体系,与外界有热交换和物质交换,所以能量守恒不适用。

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其实我更关心哪个时间点才是“地球形成那一瞬间”...

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E=MC^2,把地球的总质量代入,OK,总能量就出来了。

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支持者: 夜雨寄北i

地球是太阳系一部分,当然得考虑落到太阳上导致的引力势能变化,你说呢

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算不出来,除非你能让地球在某个数据点上没有和宇宙空间的能量交换,而且这个计算量恐怕不比42小多少

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峻舞涛天涯论坛科幻奥秘版首席版主

2015-03-28 18:57

当然不能,因为你需要考虑的因素太多,比如相对势能什么的,无法计算。 就像一辆汽车,停在哪里和突然掉进坑里,要具体的环境情况才能计算出来。

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我初三时也问过物理老师类似的问题。

地球的能量不是绝对守恒的,他不断跟外界进行能量的互动。

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E=mc²
地球的质量为6×10^24kg
那地球的总能量就是6×10^24×9×10^16=5.4×10^41J

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枫织邂逅体育教育学士 国家一级足球裁判

2015-03-31 17:23

地球自转有动能吧

公转还有动能吧

跟着太阳一起围绕银河系转有动能吧

银河系还绕着(我不知道叫什么)转有动能吧


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看不见我看不见我SB啊别点邀请答题。

2015-03-27 02:35

我觉得,你要是能给数据,就能算。


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G级兔子电气工程专业学士

2015-03-27 23:41

把地球上所有的原子核聚变到铁原子算出来就行

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