潮汐能違背能量守恆了嗎？

07-31

先給出結論，潮汐能沒有違背能量守恆。回顧一下中學物理對於能量守恆的定義：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只能從一個物體傳遞給另一個物體，而且能量的形式也可以互相轉換。

中學知識回憶到這裡就差不多了，潮汐是海水周期性漲落現象，白天為朝，夜晚為夕，而引起潮汐現象的主要是太陽和月亮。其中引潮力和引潮天體的質量成正比，和該天體到地球的距離的立方成反比，所以月球的引潮力約是太陽的引潮力的2.17倍，所以我們主要關注地月間的潮汐作用。

潮汐作用是怎麼影響地球的呢？地球旋轉時，海水涌到地球一邊，另一邊海洋的水位變淺，這時，海水與海底之間因相對運動而產生了巨大的摩擦力。這種摩擦力在每一次漲潮和退潮的過程中都會體現。這種現象有點類似於汽車制動裝置中的摩擦運動。就像地球經歷了一次「剎車」一樣。不過，別看地球表面大都被海洋覆蓋，實際上地表水只佔相地球質量的不到0.067％，地球所有的水資源都彙集到一起也只能形成一個直徑約1384千米的水球。如圖：

所以這種「剎車」作用相當於你用自行車腳剎去阻止一艘航空母艦，起不了什麼作用。但是，有時間啊，日積月累下，作用就慢慢的體現出來了。首先潮汐使地球自轉變慢，但地月之間要保持角動量守恆（高中知識點），進而使月球公轉周期變長，月球軌道半長徑變長，這樣的話，看數據：地球自轉一周的時間每隔62500年增加1秒，月球則以每年3.8厘米的速度遠離地球。這個過程相當於地球自轉的角動量轉移到月球的公轉。雖然總的機械能被消耗了一些，但消耗的相比實在太少，在人類的生命周期內是感覺不到什麼的。而且現在我們還能用潮汐能發電啊！

所以說，潮汐力充當能量傳遞的角色，它令地球自轉減速，同時又對月球施加一個向前的拉力，持續增加它的軌道機械能，使月球軌道半徑慢慢邊長。不過不用擔心月亮會離開，因為就算10億年以後，其影響頂多是看不到日全食而已。

啥也不違背能量守恆。

潮汐的能量來源可以簡單的理解為天體運動。比如地球圍繞太陽旋轉。地球上因為太陽引力而周習性變化的潮汐運動，就是因為地球上的水隨著地球轉動被太陽拉來拉去。

這個能量當然可以加以利用，並且早在一百年前，即1912年，世界上最早的潮汐發電站就在德國的布斯姆建成。這就是利用漲潮的時候儲存水，落潮的時候再拿這些水來發電。原理和水電站類似，都是讓水從高處流下來推動發電機轉動來發電。而現在世界上也有很多潮汐電站。

這種能量對於人類目前使用的能量來看，基本上算是取之不盡用之不竭的。我這裡說的是基本上，如果人類發展更高的階段，需要更多的能量的話，可以把整個海洋都改造成發電站。

我們回到題主問的能量守恆的問題上。潮汐本身是消耗星球自轉動量的，說的直白一點，就是潮汐拖累了行星的自轉，潮汐運動大的星球，自轉速度都在逐漸變慢。慢到一定程度，就變成潮汐鎖定了。月球就被地球潮汐鎖定了，只有一面朝著地球。地球將來也許有一天也會只有一面朝著太陽。

地球上的潮汐理論蘊藏量約為3乘以10的9次方千瓦。而這些你沒辦法全部利用，因為把地球全都建成潮汐電站的話，就沒有潮汐作用了。這就好像你晃半瓶子水，如果這些水在瓶子里有一個個小格子固定，那麼晃動起來的水就沒法儲存能量了。

潮汐電站需要在潮汐能量密度大的地方建造，選址很苛刻，能量密度遠遠小於河流中的大壩。

據最新的估算，有開發潛力的潮汐能量每年約200TW·h。而地球上每個小時，潮汐都會因為與海岸線摩擦消耗掉6120TW的能量。

總而言之，這些能量的來源是天體系統本身的能量，並且一直在緩慢消耗著，遵循能量守恆，不是永動機。但是我們的確可以利用其中一部分能量給我們自己用。

要想搞清楚這個問題，我們首先需要搞清楚能量的定義。

在物理學中，能量是一個間接觀察到的物理量。它往往被視為某一個物理系統對其他的物理系統做功的能力。由於功被定義為力作用一段距離，因此能量總是等同於沿著一定的長度阻擋某作用力的能力。

能量就是用來表徵物理系統做功的本領。

同時按照物質的運動形式，能量可分為機械能、化學能、熱能、電能、輻射能、核能、光能、潮汐能等。

而潮汐能的產生主要是其他天體對地球潮汐的引力做功形成的能量形式。

潮汐能源於月球（忽略其他天體引起的潮汐力）

那我們來看，月球引起的地球潮汐能本質是因為月球對地球的萬有引力作用造成海水潮起潮落，因為月球始終圍繞地球旋轉，這樣月球對潮汐的引力方向會時刻改變，因而造成潮水發生有效位移，從而產生潮汐能。所以，只要月球不停止圍繞地球旋轉，地球上會始終存在月球引起的潮汐能。

同時，如果單純考慮月球跟地球潮汐的能量變化，事實上地球上的潮汐就相當於月球時刻在把自身所具有的的角動能一點點「過繼」給海水，所以地球上如此波瀾壯闊的潮汐能量大部分都是源於月球旋轉的角動能。

月球過繼給地球潮汐部分能量後，其自身角動能必然會減小，月球會減速，因而造成月球繞地球軌道慢慢在變大——月球正在「逃逸地球」。

目前科學已經證實月球正在以每年3.8cm的速度遠離地球，這種情況的發生就是因為月球正在把自身所具備的角動能慢慢過繼給海水，同時也會拉慢地球自轉，以達到最終月球鎖定地球的目的。

所以引起地球潮汐的月亮並不是永動機，潮汐運動依然遵循物理法則的能量守恆的。

最後如果太陽熄滅，那地球肯定會被黑暗包裹，陰冷會成為星球的主基調，到時所有的海水會以冰態存在，那潮汐能自然就會慢慢消失的。再者，事實上在太陽死亡之前，其還要經歷紅巨星等階段，地月系由於距離太陽太近，到時能否安然遷移到外圍軌道都未可知，又何論地球上還有沒有液態水呢？

沒有，潮汐會消耗雙方的角動量，最終兩者均被潮汐鎖定，就不會再有潮汐了。

現在地球的自轉角動量正在減少，自轉速度正在降低，當然這不是全都被潮汐消耗掉了還有小部分被引力波輻射出去了，其餘絕大部分轉化為月球的動量抬升了月球軌道，所以月球正在慢慢遠離地球。