Nicolas Leonard Sadi Carnot 是以「卡諾循環，Carnot cycle」留名於科學史的，這件事在 1824 年出版的《Reflections on the Motive Power of Fire》裡面有詳細的說明。開始時，Carnot 研究促進蒸汽機發展所需要的理論，他的理論基礎是「熱素的保存」和「永動機械不可能」這兩個原理，他指出熱從高溫物體移到低溫物體時才會產生動力，並認為最理想的機械應該具備：由帶著活塞的汽缸裡面的氣體所產生的等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮等四種循環過程（又稱 Carnot cycle）。關於這個過程和相反過程合併的系統，他用「永動機械不可能」的原理證明瞭：在理想的機械，由於同量熱素的移動會產生同量的工作，而其量只由溫度決定，這個《卡諾定律》成為熱力學的基礎。

在這些研究的備忘錄中，Carnot 在 1831 年放棄《Caloric theory》轉為《熱的運動說》，幾乎到達《能量守恆定律》，但可能因為他不屬於物理學家集團，故直到 1834 年他過世兩年後，其研究才由 Benoit Pierre Emile Clapeyron 介紹於世，反推 Carnot 至少在 1832 年就發現了《能量守恆定律》。十年後，英國的 William Thompson Baron Kelvin 利用他的研究提倡「絕對溫度」的觀念，接著由 Rudolf Julius Emmanuel Clausius 完成了熱力學的基礎（註：1850 年 Kelvin 和 Clausius 說明熱機輸出的功一定少於輸入的熱能，稱為《熱力學第二定律》。）其弟在 Carnot 死後 46 年（即 1878 年）將其部分手稿交給法國科學院，這些資料顯示他還計算了熱功當量的數值，約每千卡 365kgw.m（ Kelvin 計算的數值每卡約為 3.577J，與現今用的數值每卡 4.187J，誤差約 14.6%）。Carnot 明白指出熱不是一種物質而是一種能量的形式，雖然他是最早有熱力學能量守恆概念的人，但由於晚了近五十年，其間又有 Mayer 和 Joule 提出功能互換的原理，故一般都不把 Carnot 視為《能量守恆定律》的創始人，況且在 1878 年時，《熱力學第一定律》和《熱力學第二定律》皆已完成了。

能量守恆定律是物理學上的經驗定律。它所表明的意義：在一個孤立系統（isolated system）之中，隨著時間的推移，能量的總額保持不變。這個定律是指能量只能從一種形式轉變成另一種形式，能量不能被創造或是消滅。在封閉系統中，我們對於能量所能做的，僅僅是改變它的型態，例如將化學能轉變成動能。而這個《能量守恆定律》，是我們最寶貴的物理定律之一，它支配了我們生活裏的每一個環節：煮一杯咖啡所需的熱、在樹葉裏產生氧的化學反應、地球繞行太陽的軌道、維繫我們心臟跳動所需的食物。我們無法不進食而活著，汽車缺了汽油就無法發動，永動機只是個幻想。所以當某個實驗違反了《能量守恆定律》，我們就會覺得事有蹊蹺。

分類：科普 &>&>物理 &>&>定律

能量守恆定律做為物理學中的核心定律，其實歷史並不長。雖然古希臘時人們已經有某些萌芽的認識，覺得在物理過程中存在某些恆定的東西，但是系統性的開始提出這一性質要等到19世紀。

人們通常視牛頓1687年發表《原理》為量化理論物理確立的里程碑。當時的科學家如惠更斯和萊布尼茲已經開始意識到運動物體相撞後除了動量外還有某些物理量守恆，並稱其為「活力」，被定義為物體的質量x速度x速度。他們發現活力在某些撞擊中守恆。現在回頭看，這大致定義了運動物體的動能。

當然，這些大牛們很快意識到活力並不總是守恆的。今天我們知道只有在動能沒有轉化為其它形式能量時才能守恆，而在實際碰撞中動能經常轉化為熱能。但是當時物理界對於「熱」的概念還很模糊，在原子論還未存在的時代，要闡述清楚熱的意義確實很難。

到18世紀，以法國科學家拉瓦錫為首的學者們開始提出熱質說。認為熱是一種流動傳播，永不消失的物質。它自身存在斥力，驅使其不斷向外擴散。這一理論可以解釋不同物體存在不同熱容，及熱脹冷縮現象。但它不能解釋溫度相等的鎚子敲擊金屬為什麼會產生熱量。於是，人們提出了「潛在熱」的概念對熱質說加以補足。

這一理論和18世紀剛剛被發現的電現象非常一致，於是18世紀的物理學家開始夢想一種「萬物皆流體」的標準模型。到18世紀末，儘管熱質說內部依然存在一些細究之下無法解釋的問題，如摩擦為什麼生熱，它已經儼然變成了當時的標準物理理論。

熱質說本身當然是錯誤的，但是在揭露其內部問題的過程中，能量守恆定律開始慢慢露出面目。在這個過程中，有三個至關重要的人物。

首先是倫福德伯爵，本名湯普森，他是一個發明家、士兵、科學家、貴族，是個好奇心極重，具有強烈探索創業精神的傢伙。他的一生有很多奇遇，從商不順，造炸藥差點殺死自己，娶到有錢寡婦一夜之間財富自由，後來因為獨立戰爭支持英方拋妻出逃，定居巴伐利亞因為各種發明而被封爵，最後衣錦還鄉。究其一生，他一直對科學有濃厚興趣並進行著各種實驗。

倫福德最大的成就是在水中用鏜孔工具摩擦炮管的實驗，在摩擦過程中損耗極小量的物質產生巨大的熱量，動搖了熱質說的根本，他進一步提出了熱動說，指出熱是一種運動形式，而非物質。不過，在倫福德有生之年，熱動說並沒有被廣泛接受。

19世紀初，天文學家赫歇爾研究了不同顏色的光存在不同的加熱效果，並發現肉眼看不到的紅光以外區域具有更強的加熱效果。雖然他沒有意識到，這是科學史上第一次有記載的紅外線發現。加熱效果最強的波譜（紅色/紅外）和亮度最強的波譜（黃色）不相符對物理學家來說是個謎題。電磁輻射和物質相互作用的效果要到100多年後才會被發現。熱質說支持者提出存在光束和看不見的熱質束「完美」解釋了這一現象。當時沒有人懷疑光是一種物質，因此在19世紀初，熱質說反而變得更為牢固。

下一個挑戰熱質說的人是德國醫生邁爾。這也是一位特立獨行的人物。在獲得行醫執照後，他不顧父母反對，決定「世界那麼大，我要去看看」。於是當上了船醫，並跟隨爪哇號三桅帆船前往印尼。此行奠定了他在科學史上的位置。

這趟航海耗時101天，其中67天位於完全看不到陸地的大海上。船醫的職務相當清閑。邁爾大部分時間都花在閱讀科學書籍、思考及和船員聊天上了。1840年，船隻終於抵達今天的雅加達。到港後幾位船員染上了肺病。19世紀的醫學習慣就是遇病不決先放血。在放血過程中邁爾大喫一驚，他發現船員的靜脈血鮮紅，更接近於他所熟悉的動脈血顏色。他和當地的其他醫生聊過後發現這在印尼是正常現象。

當時的醫學已經知道人體為了生成熱量需要消耗血中的氧。邁爾因此得出熱帶地區不需要那麼多熱量保持體溫，導致血液中的氧消耗沒有那麼大，靜脈血含氧量較高的結論。當然，其實用熱質說也可以解釋成身體吸收了更多的熱質。但是邁爾的直覺告訴他大氣的熱量和人體的熱量之間有一種平衡，其間存在某種守恆的物理概念。據說他在雅加達其間曾和水手聊天，得知暴風雨後海上總是更熱一點，大量風浪的動能有一部分轉化為熱能。就這樣，邁爾終於來到了「能量」這個概念的邊上。在他之前，有很多人意識到熱是一種運動形式，但邁爾第一個意識到「熱」存在很多形式，之間可以自由轉化。

邁爾回到德國後繼續行醫，並開始尋找途徑發表自己的論文，在物理學界默默無聞的他碰了不少釘子，終於在1842年5月發表了《論無機界的力》一文，文中第一次提出了能量守恆的概念。在他的論文裏他稱能量為「力」。這篇論文中有很多超前時代的概念，例如物質和「力」之間存在一種平行的關係，兩者都可以自由轉化為不同形式但總量守恆。

可惜，由於運氣和政治因素，邁爾的論文並沒有引起重視。之後於1842年，他又發表了另一篇論文，闡述了自然界的五種能量：勢能、動能、熱能、電磁能和化學能，並解釋了五者之間兩兩的轉換。1847年，焦耳發表了關於熱功當量的論文。可能是感到威脅，焦耳在文中駁斥了邁爾的計算。之後雙方進行了多次論戰，在學術界沒有名氣的邁爾敗下陣來，他的兩個女兒又先後過世。之後，受不了學術和生活雙重打擊的邁爾精神崩潰，被關進了瘋人院，直到1862年纔出院。

所幸的是，他的理論受到了幾個科學家的關注，愛爾蘭物理學家約翰·丁達爾把他的理論傳播，並讓學術界開始瞭解到邁爾。一個寂寂無名的德國醫生被認為做出了熱方面最先進的研究極大損害了英國人的自尊心。但是之後爆發的無窮論戰卻讓邁爾的名字廣為人知。1871年，邁爾終於收到了倫敦皇家學會的勳章，表彰其在科學上的巨大貢獻。

倫福德和邁爾的思想雖然具有劃時代性，但兩者都不是科班出生，其理論並不嚴密，真正把能量守恆定律完全量化的人還是前文提到的焦耳。

焦耳是啤酒廠主的二兒子，家境不錯又好奇心重的他和哥哥從小就收到了很好的教育，師從於倫敦皇家科學院的物理學家，原子論的發明者約翰·道爾頓，之後又接觸到當時新發明的電馬達。年輕的焦耳聲稱：「我肯定未來電力將會取代蒸汽來驅動馬達。」1838年，年僅19歲的焦耳已經發表了改進電馬達的論文。

之後焦耳一直致力於改進電馬達，但是他很快遇到了瓶頸，不管怎麼改變磁鐵的設計都無法讓馬達功率增加。之後，他醒悟到所有這些馬達連接的是同一臺電池，也學限制馬達功率的原因在於電池本身。於是他發明瞭電流計來測量電流強度，並立刻發現電流強度和電磁鐵磁力存在某種數學關係。

和倫福德以及邁爾一樣，焦耳也有一段時間沉迷於製造永動機，在製造過程中他碰到了各種限制。他最終將電馬達的效率提升到當時所能達到的極限，但清楚意識到了這是一條死衚衕，冥冥中有一種他不理解的力量在馬達效率上施加了上限。

他轉而研究熱和電之間的關係，在這條路上他前進得更遠，很快發現了電加熱和熱電解之間存在恆定的關係，熱和電能以固定的比例互相轉化。他由此得出了一個直接結論：電池生成的熱量和參與化學反應的原子數成正比。在今天的我們來看，這幾乎就是能量守恆定律的直接陳述。

在確立了電能、化學能和熱能之間的關係後，焦耳現在唯一不確定的就只剩下機械能了，但是以他對電馬達的興趣這之間的聯繫已經是不可避免了。

終於，在1845年，焦耳設計實現了熱能和機械能轉化的實驗，並測出了熱功當量：將1磅水溫度提升一華氏度所需的熱量可以轉化為將838磅物體上提1英尺所需的機械力。

但這個思想還是過於超前，花了好幾年纔得到人們的廣泛支持。後來，物理學家雷諾這麼評論，語調不無諷刺：

對於現在的讀者來說，焦耳早年的論文被當時很多著名物理學家忽略這件事也許會讓人驚訝憤怒，覺得那一代學者充滿了偏見和短視。但實際上，這正是對焦耳在自然哲學上取得的巨大進步的最高勳章。

所以超前時代的人總是寂寞的。所幸的是，焦耳的知名度幾年後逐漸增加。1847年，在倫敦皇家學院的講話中，有一位聽眾先是抱著懷疑的態度，但在焦耳講話結束後被其折服，兩人一見如故。他正是當時在英國科學界已經是明星級的年輕科學家威廉姆·湯普森，即後來的開爾文男爵。在湯普森的支持下，焦耳很快在科學界獲得了廣泛的支持。能量守恆也終於得到廣泛的接受。

焦耳描述能量時依然用的是「活力「。英文中energy一詞要到1853年被蘇格蘭工程師蘭金，來自古希臘語?ν?ργεια的變體，意為活動、運作。

能量守恆定律的第一個影響就是斷絕了很多永動機的創造，在科學上它最著名的應用要數β衰變。20世紀20年代科學家意識到在該衰變中能量並不守恆。雖然當時有些物理學家想要以此推翻能量守恆（說你呢波爾），但泡利在1930年提出這一衰變中相差的能量可能對應著一種無電荷、幾乎無質量、幾乎不和物質相互作用的粒子。10多年後，這種「幽靈粒子」被發現，並命名為中微子（β衰變放出的其實是反中微子）。

1915年，德國數學家埃米·諾特證明瞭著名的諾特定理，從數學層面上建立了所有守恆定律的基礎。該定律的不嚴密陳述：任何擁有連續對稱性質的系統，都會有一個對應的守恆量。換句話說，每種連續對稱變換都對應於一個守恆定律，而時間平移下的對稱性（初略說來即物理定律不會因時間變化改變）對應的守恆量正是能量。這正式確立了能量守恆的先決條件，並為能量守恆在相對論以及量子力學中的適用性打下了數學基礎。

說一點和這個似乎無關的回答。

顛覆了基督教傳教的一個無可辯駁的觀點

這麼井然有序的世界，一定有一個創造者，就是上帝，如果你問他上帝哪來的，他會說是自有永有的，而世界上的一切都是他創造的，有聖經為證。

而能量守恆定律顛覆了基督教的這個理由。能量守恆，無法被創造，被消滅。換句話，就是能量是自有永有 ，能量創造了上帝，有熱力學定律為證。

兩個自有永有，必定一個是假的。傳教的基督徒無法否定能量守恆定律。

能量守恆定律，讓上帝遇到了無法戰勝的對頭。

能量守衡是實驗得的定律。既然是實驗得來，本人也有磁不守衡實驗可使它出現漏洞。見本人主頁或帖子。

其實也沒多難理解，幾百前的人做實驗做出來的。

他們發現運動並不需要力的維持，除了一些摩擦損耗，機械能在運動中幾乎是守恆的，然後能量守恆定律就是基於這麼一個經驗基礎上進一步的合理猜想。然後人們也做過很多反向實驗，無數人研究永動機，但凡能量要是不守恆，永動機早就出來了。

使用能量守恆定律,有些問題會變的簡單易懂.比如潮汐鎖定原理.

一開始看科普,潮汐鎖定是怎麼回事,用的是力學形變分析,我表示看不懂.然後某天我頓悟了,能量守恆定律啊.

我來解釋一下潮汐鎖定.

萬有引力平方反比大家都知道的,所以對於地球月球兩個球體,互相靠近的位置,引力更大,所以就會引起局部海面上升.地球有較快的自轉速度,這樣就會搬運海水,這個過程可以釋放能量,比如潮汐發電什麼的,也包括摩擦產熱這種的,能量會被耗散掉.

根據能量守恆定律,這個過程顯然無法持久,那麼就存在一個終態,不再釋放能量,這個終態,自然就是潮汐鎖定,因為在鎖定狀態下,地月自轉公轉同步,海水永遠不流動,潮汐發電別想了,摩擦生熱也是不存在的.over.

做科普的話,這樣的解釋更容易讓人理解.