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内能和热能的区别是什么(内能可以说是热能么)

在记忆的脑海中,学生时代的我还没有学习内能的概念,只是知道热量、功、热功当量等有关热学概念,后来,人们发现功和热量,在本质上是一样的东西。内能的概念是建立在焦耳等人大量精密的热功当量实验的基础之上,内能概念的建立标志着热力学第一定律 (即能量转化与守恒定律)真正地确立。所以,内能的概念应该是近代物理学才有的物理概念,许多智能系统都不能识别,有不少人不知道内能是什么能,更喜欢叫内能为热能,本文为你科普一下,内能到底是什么能。

从实质上讲,物体的内能应该是物体内部所有微观粒子运动的动能、势能、化学能和原子核核能等能量的总和。一般情况下,由于物质的分子结构、原子结构和核结构比较稳定,不会轻易地发生变化,因此,这些能量的改变可以不考虑,除非发生了电子跃迁、化学反应。

内能的分类,分为狭义内能和广义内能。

狭义内能。就是不涉及电子的跃迁、化学反应和核反应能量的分子动能和分子势能之和,也就是物理学中的内能概念。

如果涉及到电子的跃迁、化学反应和核反应能量,一般称为热力学能,就是以前称作的热能,可见,热能和内能有区别。

广义的内能定义是热力学能与电子能之和,最广义的内能当然是物体或系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量总和,包括热力学能、电子能与原子核内部能量之和。

分子动能。包括分子的平动能、转动能和振动能。物体由分子组成,且分子在永不停息地做无规则运动,所以分子具有动能,由于运动是永不停息,所以,内能永远不会为零。由于运动是无规则、杂乱无章,因此有转动或者振动。速率有大有小,无法准确地描述其运动快慢,因此,只能用平均速率或平均动能的大小来描述。温度是分子无规则运动激烈程度的具体表现,温度越高,平均动能越大,分子运动更剧烈。

分子势能。来源于分子间相互作用的引力和斥力。分子间力又称范德华力(广义的分子间力还包括氢键力等分子间特殊作用力)。一般而言,分子距离较远时,分子间作用力主要表现为引力,随着距离减小,引力增大,但距离减小到一定程度时,斥力作用开始显现,引力变小,分子间力主要表现为斥力,巨大的斥力使分子动能几乎为零,全部转化为分子势能,失去动能的分子在强大斥力的作用下又转为分子动能,这就是分子的碰撞过程。

判断分子势能一般是看物质的状态。物质发生物态变化时,分子势能会发生突变。如,冰的熔化是一个吸热过程,0℃的冰熔化成0℃的水,温度没变,分子动能没变,因此,吸收的热量用来增加了分子势能。

由于分子是由原子核和电子构成,所以,内能主要取决于电子的能量和核内部的能量,核内部的能量不轻易地表现出来,因此,分子内部的能量主要是电子的能量,包括电子的动能、电子和核的引力势能、电子和电子间的斥力势能,当然,还包括核与核之间的斥力势能。其中,维持分子或原子稳定的电子和核的引力势能占主导地位。

影响内能的因素。内能的大小与物体的温度(影响分子的动能)、物体的质量(影响分子数多少)、组成物体材料的种类、物体存在状态(影响体积,影响分子间作用力而影响分子的势能)。注意,单个的分子不存在内能,物体在任何情况下都具有内能。

我们比较物体内能的大小,要同时考虑上述几个因素。不能说温度高的物体内能大,也不能说内能大的物体温度高,更不能说质量大的物体内能大。

人类关心的是物体内能变化了多少,而一个物体具有多少内能谁都不知道。如何改变物体的内能?对于特定的物体,当物体温度发生变化时,分子无规则运动的快慢发生变化或体积发生变化,这样物体的内能就发生了改变。显然,改变物体的内能只有热传递和做功。热传递有三种形式,即热传导,气体和液体的热对流以及热辐射,热传递的条件是物体之间必须有温度差。做功和热传递在改变内能效果上是等效的,做功是能的形式发生了改变,热传递是内能在物体间转移。

对于定量物质构成的系统,在其它因素不变时,通过做功、热传递与外界交换能量,引起系统内能的改变,由关系式ΔU=W+Q决定,其中ΔU为内能的变化量,W为外界与系统之间的做功量,Q为系统与外界交换的热量,这就是热力学第一定律。

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