高中物理 第一章 分子动理论 第3节 温度与内能 内能素材 鲁科版选修3-3（通用）

高中物理 第一章 分子动理论 第3节 温度与内能 内能素材 鲁科版选修3-3（通用）

内能 ‎ 内能(internal energy)是物体或若干物体构成的系统（简称系统）内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量总和。内能通常指热力学系统构成物体的所有分子，其热运动的动能和分子势能的总和。内能常用符号U表示，内能具有能量的量纲，国际单位是焦耳（J）。‎ 根据热力学第一定律，内能是一个状态函数。同时，内能是一个广延物理量，即是说两个部分的总内能等于它们各自的内能之和。‎ 微观解释 从微观上说，系统内能是构成系统的所有分子无规则运动动能、分子间相互作用势能、分子内部以及原子核内部各种形式能量的总和。后面两项在大多物理过程中不变，因此一般只需要考虑前两项，二者的总和就是通常所指的内能。但在涉及电子的激发、电离的物理过程中或发生化学反应时分子内部（不包括原子核内部）的能量将大幅变化，此时内能中必须考虑分子内部的能量。核内部能量仅在核物理过程中才会变化，因此绝大多数情形下，都不需要考虑这一部分的能量。内能的绝对量（主要是其中的核内部能量部分）还不完全清楚，但不影响解决一般问题，对于内能我们常常关心的是其变化量。‎ 变化途径 ‎（1）做功可以改变物体的内能。（如钻木取火）‎ ‎（2）热传递可以改变物体的内能。（如放置冰块使物体降温）‎ 热传递的三种形式：热传导，热对流（一般见于气体和液体），以及热辐射，热传递的条件是物体间必须有温度差。‎ 做功和热传递在改变内能的效果上是等效的。做功使其他形式的能如机械能等转化为内能；热传递使物体间的内能发生转移。‎ 分类 分为狭义内能和广义内能。‎ 狭义内能 在一般的物理问题中（不涉及电子的激发电离，化学反应和核反应），内能中仅分子动能和势能两部分会发生改变，此时我们只关心这两部分，而将这两部分之和定义为内能。这是一种简化的定义，即狭义内能。在涉及电子的激发电离，化学反应和核反应时，为不引起误解狭义内能应严格称为热力学能（以前称为热能，热能这一概念在一些工程领域内仍广泛使用）。‎ 广义内能 在不涉及核反应的物理过程或化学过程中，原子核内部的能量不会改变，此时可以将内能定义为热力学能与电子能之和。‎ 最广义的内能就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。即热力学能、电子能与原子核内部能量之和。‎ 能的形式 ‎（1）能以多种形式存在于自然界，每一种形式的能对应于一种运动形式。‎ 各种形式的能是可以相互转化的。‎ ‎（2）能的守恒定律 能量既不能创生，也不能消失，它只是从一种形式的能转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。‎ 在转化或转移的过程中，其总量保持不变。这就是能量转化与守恒定律，即热力学第一定律。‎