能量转化
néng liàng zhuǎn huà
能量转化是能量从一种形式变为另一种形式的过程，例如化学能变为动能，或电能变为光能和热能。
Definition
能量转化发生在能量从一种形式变成另一种形式的时候：电池中的能量变成了光，食物中的能量变成了奔跑，被拉伸的弹簧中的能量变成了运动。每一次这样的转化，无论是势能变动能、化学能变热能，还是电能变光能，都遵循能量守恒，使总量保持不变，但大多数转化都不是完全高效的，总有一些能量最终变成散布到周围环境中的热能。能量转化受第一定律（总能量守恒）支配，并受第二定律（孤立系统的熵不能减少）的约束。效率为 $\eta = E_{\text{useful}}/E_{\text{input}}$，对于一台在温度 $T_h$ 和 $T_c$ 的两个热源之间工作的热机，卡诺极限是 $\eta_{\max} = 1 - T_c/T_h$。有序能量（机械能、电能）转化为热能的效率可以接近 $100\%$，但反过来则受到根本性的限制。
Example
烤面包机把电能变成了热，也变成了一点光，手电筒把电池中的化学能变成了光。一个 $60\ \text{W}$ 的白炽灯泡把大约 $3\ \text{W}$ 转化为可见光，其余大约 $57\ \text{W}$ 变成了热，而发出相同光量的LED灯总共只用大约 $9\ \text{W}$，浪费的能量少得多。一座水电站每秒钟让 $500\ \text{kg}$ 的水下落 $80\ \text{m}$，可用功率为 $mgh/t = 500 \times 9.8 \times 80 = 392{,}000\ \text{W}$。在涡轮发电机 $90\%$ 的效率下，它能输出大约 $353\ \text{kW}$ 的电功率，其余部分变成了湍流和热。
Key Insight
几乎每一次转化都会以热的形式产生一些副作用，这正是手机、笔记本电脑和灯泡会发热的原因。顺着链条追下去：阳光变成植物（化学能），植物变成你（化学能），你变成自行车的运动（动能），自行车刹车变成空气中的热（热能）；地球上几乎所有能量最初都来自阳光。不过，并不是所有的焦耳都是平等的。一焦耳的电能可以轻易变成一焦耳的热，但一焦耳室温下的热永远无法完全变回电能，所以真正被消耗掉的是熵，而不是能量本身。