对物理中“内能”概念的理解
在初中物理的热学中经常提到“内能”的概念,由于它属于微观运动的范畴,比较抽象,所以一直是教学的一个难点。那么,究竟什么是“内能”?它又跟哪些因素有关呢?
一、“内能”的概念
所谓“内能”是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。由于物体内部大量分子都在永不停息地做无规则运动,因而分子具有动能,由于分子间存在着相互作用的引力和斥力,因而分子间又具有势能。由此可见,物体的内能不是某一个或几个分子的能量,而是所有分子具有的能量的总和。
二、物体的内能跟物体的温度有关
温度是指物体的冷热程度,物体的温度越高,分子无规则运动的速率越大,分子的动能也就越大。温度的实质是反映物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度,也就是说,温度越高,分子运动越剧烈,物体的内能就越大;温度越低,物体内部分子运动越慢,物体的内能越小。
由于一切物体的分子总是永不停息地做无规则运动,因此一切物体都具有内能。温度只是决定内能大小的一个因素,温度为零,分子运动速率并不为零,所以温度为零的任何物体,内能不为零,也具有内能。
三、物体的内能跟物体的质量有关
对于温度相同的物体,质量越大物体所含的分子数目就越多,内能也就越大,反之就越小。因此,温度高的物体不一定比温度低的物体具有的内能大。因为对质量不同的物体来说,由于分子数目不同,即使是温度高,但分子数目很少,具有的内能也不一定就大。如“一滴10℃的水比一杯5℃的水具有的内能一定多”这种说法是错误的。
四、物体的内能跟物体的状态有关
即使同种物质质量相同,温度相同,它们具有的内能也不一定相等。如一千克0℃的水和一千克0℃的冰,它们所具有的内能就不同。一千克0℃的水具有的内能就比一千克0℃的冰具有的内能大,因为冰融化成水必须吸收热量,所以内能增大。而此时物体内能的增加并不是由分子动能的增加而引起的。如晶体物质在熔化和凝固时,温度不变,分子动能不变,
而分子势能变化了,分子内能的变化是由分子势能的变化引起的。晶体熔化时,分子势能增加,内能增加。晶体溶液凝固时,分子势能减少,内能减小。因此,“内能越大,温度越高” 这种说法也是错误的。但在物体状态不发生变化的情况下,我们可以说:温度越高,物体的内能越大。
最后还需要强调:物体的内能与物体的机械能无关。任何物体,不管是否运动或怎样运动,也不管处于何种状态,其内部分子都在永不停息地做无规则运动,因此都具有分子动能。分子间都存在相互作用的引力和斥力,又具有分子势能,因此一切物体都具有内能。也就是说:内能只与物体内部分子的运动和分子间的相互作用有关。而机械能与整个物体的机械运动情况和所处的位置有关。静止在地面上的物体,机械能可以为零,而物体的内能却不为零。内能和机械能是两种不同形式的能量。
(责编 张敬亚)内能与什么有关
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