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能量是物理学中的核心概念，它描述了物体做功的能力。根据能量守恒定律，能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转换为另一种形式。比如弹簧被压缩时储存弹性势能，释放时转换为小球的动能。
机械能包括动能和势能两种形式。动能公式为二分之一mv平方，表示物体由于运动而具有的能量。势能包括重力势能mgh和弹性势能二分之一kx平方。根据机械能守恒定律，在只有保守力作用的系统中，动能和势能可以相互转换，但总机械能保持不变。摆球运动就是一个典型例子。
热能是物质内部分子无规则运动的动能总和。温度反映了分子平均动能的大小，温度越高，分子运动越剧烈。热力学第一定律描述了内能、热量和功的关系，即内能的变化等于系统吸收的热量减去对外做的功。热量可以通过传导、对流和辐射三种方式传递。
电磁能量包括电场能和磁场能两种形式。电场能量密度公式为二分之一倍介电常数乘以电场强度的平方，磁场能量密度为磁感应强度平方除以二倍磁导率。电容器可以存储电场能量，电感器可以存储磁场能量。在电磁波传播过程中，电场能和磁场能相互转换，实现能量在空间中的传播。
爱因斯坦的质能方程E等于mc平方揭示了质量和能量的等价性。相对论能量关系为E平方等于动量乘光速的平方加上静止质量能的平方。在核反应中，微小的质量亏损可以转化为巨大的能量，这是核裂变和核聚变的基础。粒子加速器中，粒子获得巨大动能时会表现出相对论效应。