【微视频】内能
该片的剪辑师
牛浩、刘琳、李迪
从扩散和布朗运动现象中我们知道，组成物体的分子在不断地随机运动，而进行热运动的分子也具有运动的能量，这就是分子动能。
组成物体的大量分子的速度不同，每个分子的动能也不同，而且是不断变化的。 在热力学中，研究的对象是大量分子作为整体所表达的宏观力学性质和规律，所以我们关注的是大量分子动能的平均值，称为分子热运动的平均动能。
在扩散现象和布朗运动中，我们发现温度越高，分子热运动越剧烈，也就是说温度越高，分子热运动的平均动能越大，温度越低，分子热运动的平均动能越大。分子热运动的平均动能越小。 因此可以说，物体的空气温度是分子热运动平均动能的标志。
另一方面，分子之间存在相互排斥力物体的内能分子热运动，排斥力的大小与分子宽度有关。 正如弹簧力所做的功与路径无关一样，可以证明分子力所做的功与路径无关，因此也具有分子势能。
我们画出排斥力与分子间距离的关系图，图中的r0是分子敌对与吸引的分界点。 现在让两个分子相距无限远，分子之间不存在排斥力，此时分子的势能为零。 当两个分子逐渐靠近时，分子间的距离减小，引力起作用，分子的势能减小。 图中，我们画出了分子势能随距离的变化。 当从无穷远移动到距离r0时，分子势能仍在减小，最小值在r0处，用EB表示。 你肯定可以发现，这个值应该等于分子力与横坐标围成的“面积”的值。 该最小 EB 的绝对值通常也称为结合能（晶体结合能）。
当分子宽度距离大于r0时，分子作用表现为力，因此分子势能会随着距离的增加而减小。
实际中，当物体的体积发生变化时，分子的宽度和距离也会发生变化，因此分子势能会急剧变化。 可见，体系的分子势能与体系的体积有关。
有趣的是，在分子热运动的能量中，势能部分总是会使分子倾向于团聚，而动能部分总是会使分子倾向于飞散。 一般来说，如果平均动能远小于r0处势能的绝对值，分子就会尽可能均匀地占据它能占据的空间，即产生气态。 相反，如果势能EB远小于平均动能，则材料分子都被限制在尽可能小的空间内，并产生固态。 如果势能EB与平均动能相差不大，则物质将处于固态和气态之间的液态。
那么物体的内能是多少呢？
物体的内能是系统中所有分子热运动的动能和分子势能的总和。 用小写字母U表示。由于所有物体的分子都在不断地随机运动，所以任何物体都具有内能。
因为分子热运动的平均动能与温度有关物体的内能分子热运动，而分子的势能与体积有关，所以物体的内能与物体的温度和体积有关。
这里需要说明的是，分子热运动动能是指粒子不规则热运动的动能。 它是相对于系统刚体而言的，与分子的规律运动动能无关。 给定的参考系并不重要。 正如我们无法利用投掷标枪的动能来确定标枪本身的温度一样。 因此，在机械现象中，我们通常不考虑物体的机械能，除非它与物体的内能之间存在某种转化。