九龍山下閒2018-09-13 16:52:29

跟胖哥學物理 內能、吸熱和溫度

初三同學都知道，關於這三個物理兩之間關係，是中考中能量知識考察一個重要的熱點問題。關於這三點知識，應該是初中物理在能量概念一個難點和考點。

先我們來看看內能，內能是物體內所有分子做無規則動能和分子勢能的總和，它是物體內部分子具有能量，與物體熱運動有關，因此它小名叫做熱能。

由於它有兩部分組成，亦是分子動能，取決於溫度和物體的質量。對於同一個物體，物體溫度越高，物體內所有分子運動的越距離，所以物體的內能增大。記住：溫度升高，物體內能增大。條件是：同一個物體。不同的問題，即使溫度不同，我們也無法比較分子動能大小。因為不同物質分子之間 分子種類本來就不同。所以對於內能，不同物質之間，是無法比較內能大小的。同一物質構成的物體，分子動能除了與溫度有關，還與物體的質量有關。說穿了，就是分子個數。同一物質構成物體，它的分子個數不同，它的質量是不同的。對於我們初三學生，我們記住一個例項：一杯100℃的水的內能肯定比一桶30℃的水內能小。

對於分子勢能是分子間由於存在相互的作用力，從而具有的與其相對位置有關的能。分子勢能是內能的重要組成部分。分子勢能是分子間的相互作用力而產生的能量。固體、液體中分子勢能較大的影響內能，氣體中則較小。物態、體積是分子勢能的主要參量。它的大小從初中物理理解來看，取決於分子之間距離，而分子之間距離表現在整個物體上就是體積。一般的，一定質量的物體的體積縮小，物理內能都增大，但是這句話也不全對，因為不同物質是不一樣的。物體的分子勢能於物體變化有關，物體在熔化和汽化、昇華時要吸收熱量，它的內能增大了。而凝華、液化和凝固，在物態變化時要放熱，所以它的內能一般要變小。

物體內能，是物體熱運動一種狀態，它是一個狀態量。要改變內能，有兩種方式，一種是熱傳遞，一種是做功。改變物體的內能有兩種方式：做功和熱傳遞。

做功可分為兩種情況，一是物體對外做功，物體自身的內能會減少。如為藥爆炸後產生的燃氣將子彈推出後，燃氣的內能會減少，將內能轉化為機械能；二是外界對物體做功，物體自身的內能會增加，如壓縮空氣後，空氣的溫度會升高，將機械能轉化為內能。

熱傳遞改變物體的內能，有熱輻射、熱傳導、熱對流三種方式，如是初中可不必分得很仔細。如將手放在暖氣片上，手會覺得暖和就是熱傳遞改變物體的內能（熱傳導的方式）曬太陽覺得暖和也是（熱輻射方式）將水燒熱（熱對流方式）。

從改變內能兩種情況來看，熱傳遞是內能的轉移，而做功是內能一種轉化，即內能和機械能相互轉化。從這裡，大家知道能量變化有兩種方式：一是同種能量從一個物體到另一個物體是轉移，不同能量之間的變化是轉化。根據能量守恆定律，不論轉移或者轉化，能量總量將保持不變。

能量守恆定律在熱學中表現為三大定律。熱力學第一定律是能量守恆定律一種熱學表述。熱力學第二定律有幾種表述方式： 克勞修斯表述為熱量可以自發地從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體，但不可能自發地從溫度低的物體傳遞到溫度高的物體；開爾文-普朗克表述為不可能從單一熱源吸取熱量，並將這熱量完全變為功，而不產生其他影響。以及熵增表述：孤立系統的熵永不減小。 熱力學第三定律通常表述為絕對零度時，所有純物質的完美晶體的熵值為零， 或者絕對零度（T=0K）不可達到。

我們怎樣來用熱學三大定律，來分析我們關於熱傳遞和做功對內能改變。筆者以為，我們對它理解包括三層含義：

1。如果單純透過做功來改變物體的內能，內能的變化可以用做功的多少來度量，這時系統內能的增加（或減少）量△U就等於外界對物體（或物體對外界）所做功的數值，即△U=W

2。如果單純透過熱傳遞來改變物體的內能，內能的變化可以用傳遞熱量的多少來度量，這時系統內能的增加（或減少）量△U就等於從外界吸收（或對外界放出）熱量Q的數值，即△U=Q

3。在做功和熱傳遞同時存在的過程中，系統內能的變化，則要由做功和所傳遞的熱量共同決定。在這種情況下，系統內能的增量△U就等於從外界吸收的熱量Q和外界對系統做功A之和。即△U=W+Q。

我們再來看一看熱量概念，在熱傳遞中傳遞能量的多少叫做熱量，它的單位是焦耳。熱量是指當系統狀態的改變來源於熱學平衡條件的破壞，也即來源於系統與外界間存在溫度差時，我們就稱系統與外界間存在熱學相互作用。作用的結果有能量從高溫物體傳遞給低溫物體，這時所傳遞的能量稱為熱量。熱量和功是系統狀態變化中伴隨發生的兩種不同的能量傳遞形式，是不同形式能量傳遞的量度，它們都與狀態變化的中間過程有關，因而不是系統狀態的函式。通俗講，熱量和功都是物理學中的過程量，而內能確是一個狀態量。過程量不能用“含”、“具有”，你在考試中只有看見“含熱量”和“具有熱量”，直接選錯就ok。熱量一般和吸收或者放出搭配。

經某一過程溫度變化為△t，它吸收（或放出）的熱量。Q表示熱量（J），

Q=c·m·Δt Q吸=c·m·（t－t0） Q放=c·m·（t0－t）

（t0是初溫；t是末溫）其中C是與這個過程相關的比熱（容）．

熱量的單位與功、能量的單位相同。在國際單位制中熱量的單位為焦耳（簡稱焦，縮寫為J）（為紀念科學家焦耳而立）。歷史上曾定義熱量單位為卡路里（簡稱卡，縮寫為cal），只作為能量的輔助單位，1卡=4。184焦。，現在卡單位已經基本從我們生活消失了，你不需要在記憶它。

總之，對於內能、溫度、熱量。我們記住一下結論：

1、 同一物體吸收熱量，內能增大了，但是溫度不一定升高。因為還可能發生物態變化或者物體體積改變

2、 物體內能增大了，溫度不一定升高，也不一定是吸收熱量，還可能是對它做了功。記住熱傳遞和做功在改變內能上是等效的。

3、 同一物體，物體溫度升高，內能必須增大，但是不一定是吸收熱量

4、 同一物體，物體內能增大，溫度不一定升高，也不一定吸收熱量。

2018年9月13日於宜昌市夷陵區吾同齋