在我的记忆中,我学生时代并没有学过内力的概念。 我只知道热、功、热功当量等热学概念。 后来,人们发现功和热本质上是同一回事。 内能的概念是基于焦耳等人大量精确的热功当量实验而提出的。 内能概念的确立,标志着热力学第一定律(即能量转换与守恒定律)的真正确立。 因此,内能的概念应该是现代物理学才有的物理概念。 许多智能系统无法识别它。 许多人不知道什么是内能,更喜欢称之为热能。 本文就给大家科普一下。 内能到底是什么?
本质上,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、化学能和原子核能的总和。 一般情况下,由于物质的分子结构、原子结构和核结构都比较稳定,不会轻易发生变化,因此这些能量的变化可以忽略不计,除非发生电子跃迁或化学反应。
内能的分类分为狭义内能和广义内能。
狭义的内能。 它是不涉及电子跃迁、化学反应、核反应能的分子动能和分子势能的总和,是物理学中的内能概念。
如果涉及电子跃迁、化学反应和核反应能,则一般称为热力学能,以前称为热能。 可见内能与什么有关,热能和内能是有区别的。
内能最广泛的定义是热力学能和电子能的总和。 最广义的内能当然是物体或系统内所有微观粒子一切形式运动的能量总和,包括热力学能、电子能和原子核内能的总和。 。
分子动能。 包括分子的平动能、旋转能和振动能。 物体是由分子组成的,分子不断地进行无规则运动,因此分子具有动能。 由于运动永远不会停止,因此内能永远不会为零。 由于运动是不规则、混乱的,所以存在旋转或振动。 速度可大可小,无法准确描述其运动的快慢。 因此只能用平均速度或平均动能来描述。 温度是分子不规则运动强度的具体表现。 温度越高,平均动能越大,分子运动越剧烈。
分子势能。 吸引力和排斥力源自分子间相互作用。 分子间力也称为范德华力(广义分子间力还包括氢键力等特殊分子间力)。 一般来说,当分子距离较远时,分子间作用力主要是引力。 随着距离减小,重力增大。 但当距离减小到一定程度时,排斥力开始出现,引力变小,分子间力也变小。 主要表现是排斥。 巨大的斥力使分子的动能几乎为零,全部转化为分子势能。 失去动能的分子在强斥力的作用下转化为分子动能。 这就是分子的碰撞过程。
判断分子势能一般取决于物质的状态。 当物质改变状态时,分子势能会发生突然的变化。 例如,冰的融化是一个吸热过程。 0°C 的冰在 0°C 时融化成水。 温度不变,分子的动能不变。 因此,吸收的热量被用来增加分子的势能。
由于分子是由原子核和电子组成,因此内能主要取决于电子的能量和原子核内部的能量。 原子核内部的能量不容易表达。 因此,分子内部的能量主要是电子的能量,包括电子的能量。 动能、电子和原子核的引力势能、电子与电子之间的排斥势能,当然还有原子核之间的排斥势能。 其中,维持分子或原子稳定性的电子和原子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(影响分子的数量)、构成物体的物质种类以及存在性有关物体的状态(影响体积、影响分子间力、影响分子势能)。 请注意,单个分子没有内能,而物体在任何情况下都具有内能。
当我们比较物体的内能时,必须同时考虑以上因素。 不能说温度高的物体内能就大,也不能说内能大的物体温度就高,也不能说质量大的物体就大。内能。
人类关心的是物体内能的变化有多大,而没有人知道物体的内能有多少。 如何改变物体的内能? 对于特定的物体,当物体的温度发生变化时,分子不规则运动的速度发生变化或体积发生变化,因而物体的内能发生变化。 显然,只有传热和做功才能改变物体的内能。 传热有三种形式,即热传导、气体和液体的热对流、热辐射。 传热的条件是物体之间必须存在温差。 做功和传热在改变内能的作用上是等效的。 功是能量形式的变化,传热是物体之间内能的传递。
对于由定量物质组成的系统,在其他因素不变的情况下,通过做功和传热与外界进行能量交换内能与什么有关,引起系统内能的变化,由关系式ΔU=W+Q确定,其中ΔU是内能的变化,W是外界与系统之间所做的功,Q是系统与外界之间交换的热量。 这是热力学第一定律。