理论教育 物理中的内能及其变化方式

物理中的内能及其变化方式

时间:2023-10-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:物体内所有分子的热运动的动能与分子势能的总和,叫做物体的内能。在温度不变的条件下,当物体的体积膨胀或收缩时,分子间的平均距离改变,分子势能也随之改变,因而引起物体内能的改变。而当温度升高时,分子的平均动能增加,因而物体的内能增加。具有内能的物体,同时可以具有别种形式的能。可见,热传递和做功是改变物体内能的两种方式。

物理中的内能及其变化方式

物体的内能 前面讲过,组成物质的分子在不停地做无规则的运动,因而分子具有动能,叫做分子动能。物体的温度越高,分子的平均动能越大;物体的温度越低,分子的平均动能越小。所以温度是物体分子热运动平均动能的标志。另外,在分子力作用范围内,分子还具有由他们的相对位置决定的势能,这种势能叫做分子势能。

物体内所有分子的热运动的动能与分子势能的总和,叫做物体的内能。

物体的内能与物体的温度有关,也与物体的体积有关。在温度不变的条件下,当物体的体积膨胀或收缩时,分子间的平均距离改变,分子势能也随之改变,因而引起物体内能的改变。而当温度升高时,分子的平均动能增加,因而物体的内能增加。可见,物体的内能是与物体的温度和体积有关的能量,它与物体的机械能是根本不同的概念。具有内能的物体,同时可以具有别种形式的能。例如高速飞行的炮弹,除了具有内能外,还具有跟炮弹整体的机械运动有关的动能和重力势能等。

应该指出,在一般情况下,理想气体分子间没有作用力(只有在分子碰撞的瞬间,分子力才表现出来),因而理想气体没有分子势能,它的内能仅与气体的温度有关。温度高,理想气体的内能大;温度低,理想气体的内能小。

改变内能的两种方式 通过热传递可以改变物体的内能,这是大家所熟悉的事实。当温度不同的物体互相靠近或接触时,由于热传递,高温物体的温度降低,因而内能减少;低温物体温度升高,因而内能增加。所以热传递的过程实质上是物体内能的转移过程。即平常所说的热能从一个物体向另一个物体转移的过程。在这个过程中传递的内能的多少叫做热量。

做功也可以改变物体的内能。运动的物体克服滑动摩擦力做功,动能减少,但物体的温度升高,内能增加,所以机械能通过做功转化为内能。对气体做功,压缩气体或是气体膨胀,气体的内能也会改变。如在一个厚玻璃筒放一块浸过乙醚的棉花,迅速压下活塞对桶内空气做功,空气的内能增加,温度升高,当温度达到乙醚的着火点时,乙醚就燃烧起来(如图2-6)。柴油机就是利用这个道理来点火,使喷入气缸里的柴油燃烧的。燃烧后的高温高压气体发生膨胀,推动活塞对外做功,气体的温度降低,内能减少,从而把内能(热能)转化为机械能。可见,热传递和做功是改变物体内能的两种方式。物体吸收热量或对物体做功时,物体内能增加;物体放热或对外做功时,内能减少。(www.daowen.com)

热传递使物体的内能变化时,内能的变化用传递的热量来量度;做功使物体的内能变化时,内能的变化用功的数值来量度。所以,就改变物体的内能来说,热和功是等效的,都可以作为内能变化的量度。

国际单位制中,热量、功和能量的单位都是J。

图2-6 压缩气体做功,气体温度升高

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