高中物理使用辞典—分子的动能素材

用心 爱心 专心 分子的动能分子的动能 分子作无规则运动所具有的动能叫做 分子的动能 由于 各个分子的运动速度一般说是不同的 因而分子的动能亦不相等 而它们动能的 平均值 叫做 分子平均动能 物体的温度是大量分子热运动剧烈程度的表征 分子热运动越剧烈 物体的温度就越高 也可以说分子的平均动能大 物体的温 度就高 分子平均动能小 温度就低 从分子运动论的观点来看 温度是分子平 均动能的标志 温度的升高与降低 标志分子平均动能的增大或减小 物体的动 能是一种机械能 是力学中的量 它只跟物体的机械运动有关 而跟物体内部分 子的无规则运动无关 分子的平均动能 是分子动能的平均值 它是热运动的能 量 分子的势能分子的势能 由于分子间的相互作用而具有的势能 叫做 分子的势能 地面上的物体 由于它跟地球相互作用而具有势能 拉长或压缩弹簧 反抗弹力 做功 使弹簧各部分之间的相对位置发生变化 增加了弹簧的势能 一切相互作 用的物体都具有由它们的相对位置或物体内部各部分之间的相对位置所决定的势 能 若物体间的相互作用力是引力 那么 当它们的距离增大时 必须反抗引力 做功 使物体的势能增加 在距离缩小时 引力做功 势能减小 如果物体之间 的相互作用力是斥力 在距离增大时 物体的势能减少 距离缩小 物体的势能 增加 分子之间也存在相互作用力 并且随着距离的不同 有时表现为引力 有 时表现为斥力 因此 分子也具有由它们的相对位置所决定的势能 分子平均动能分子平均动能 见 分子的动能 内能内能 内能是指由物质系统内部状态所决定的能量 从分子运动论的观点 看 热力学系统的内能 包括组成物质的所有分子热运动的动能 分子与分子间 相互作用的势能的总和 以及分子中原子 电子运动的能量和原子核内的能量等 等 当有电磁场和系统相互作用时 还应包括相应的电磁形式的能 内能是热力 学系统的状态函数 完全由系统的初 终状态所决定的物理量 当状态一定时 系统的内能也一定 当系统从一个状态转变到另一个状态时 不论这种转变通过 什么过程实现 只要系统的初 终状态不变 在各种不同的绝热过程中 采用各 不相同的做功形式 所测得功的数值都相同 而与转变过程无关 对于均匀系统 而言 若没有外力场的作用 内能可以表示为温度 T 和体积 V 的函数 即 U U T V 当温度和体积分别增加 dT 和 dV 时 内能的增加量可如下表示 式中 CV和 CP分别为系统的定容热容量和定压热容量 用心 爱心 专心 对于理想气体系统而言 由于不存在分子间的相互作用 系统的内能只是所 有分子热运动动能的总和 而分子热运动动能只是温度的函数 所以理想气体的 内能也只是温度的函数 即 U U T 当温度增加 dT 时 内能的增量可如下式表示 dU CVdT 式中 CV为理想气体系统的定容热容量 物体内能的大小跟它的质量有关 质量越大 即分子数量越多 它的内能就 越大 还跟物体的温度和物体的聚集态 固态 液态和气态 以及物体存在的状 态 整块 碎块或粉末 有关 其原因是物体温度越高 分子运动越快 分子动 能越大 分子间距离越大 分子的势能就越大 对气体来说 它的内能基本上只 有分子的动能 因气体分子间的距离已经变得很大 它们之间相互作用力实际上 已不再发生作用 所以气体分子的势能可以忽略 物体的内能跟整个物体的机械 能含义不同 只要是物体的温度 体积 形状 物态不变 尽管它的机械能在变 它的内能仍保持不变 物体的温度升高 物体内能增加 因为分子无规则运动加快 分子的动能增 加 还因为一般物体受热体积膨胀 分子间距离增大 分子的势能增加 相反 物体的温度降低时 物体的内能就减少 整块物体破成碎块或粉末 分子的势能 就要增加 物态变化也伴随物体内能的变化 在熔解 蒸发 沸腾等过程中 物 体的内能增加 相反 在凝固和液化等过程中 物体的内能减少 改变物体内能 的方式是做功和热传递两种方式 物体的状态物体的状态 物体的状态是指它所处的情况 物体的状态由一组物理量来 确定 例如 物体的机械运动状态是指它的位置和速度 一定质量气体的热学状 态由它的温度 压强 体积这三个物理量中的任意两个量来确定 物体的状态也 指它的聚集态 固态 液态 气态 是整块的还是分散的 分散分散 把整块物体分裂成粉末或碎片的现象 叫做物体的 分散 它是 物体状态变化中一种很重要的概念 例如 喷雾器将水喷出 在黑板上用粉笔写 字 用铅笔在纸上绘图 磨粉机磨面粉 车刀切削金属等都是分散的事例 物体 在分散时 分子间的平均距离有了增加 这就需要克服分子间的引力做功 所以 分子相互作用的势能就要增加 物体内能的变化物体内能的变化 改变物体的内能有两种方式 一种叫做作功 另一种叫 做热传递 热传递只能发生在温度不同的两个物体之间 或一个物体的温度不同 的两个部分间 它是温度不同的两物体间能量转移的过程 即能量从高温物体转 移到低温物体 热传递的结果使两个物体的温度趋于均衡 在热传递的过程中转 移的能量 称之为热量 改变系统内能的另一条途径是做功 即用机构的或电的 用心 爱心 专心 办法来对系统作功以达到改变其内能的目的 对物体传递热量或作功 不但同样 可以改变物体的内能 并且在量的方面也具有一定的关系 热功当量 热量热量 由于温度差 在热传递过程中 物体 系统 吸收或放出能量的多 少 叫做 热量 它与作功一样 都是系统能量传递的一种形式 并可作为系 统能量变化的量度 热量是热学中最重要的概念之一 它是量度系统内能变化的 物理量 在热传递的过程中 实质上是能量转移的过程 而热量就是能量转换的 一种量度 热传递的条件是系统间必须有温度差 参加热交换的不同温度的物体 或系统 之间 热量总是由高温物体 或系统 向低温物体 或系统 传递的 直到两个物体的温度相同 达到热平衡为止 即使在等温过程中 物体间温度也 不断出现微小的差别 通过热量传递而不断达到新的平衡 对于参加热传递的任 何一个系统 只有在和其他系统之间有温差 才能获得或失去能量 另外 对系 统本身来说 它获得或失去的这部分能量 即热量 并不一定全部用来升降自 身的温度 也可用来使自身发生物态的变化 若用分子运动论的观点来看 实际 就是将系统分子无规则的热运动转移到另一系统 使该系统的分子热运动的动能 或分子间相互作用的势能发生变化 热量原是热质说中引入的一个物理量 热质说把热量定义为热质之量 即热 质的多少 热质说认为物体温度的高低由所含热量 热质 的多少来决定 而且 传递的过程是热质移动的过程 现在热质说已被废弃 却保留了 热量 一词 但两者的含义根本不相同 我们说到热量由一个物体转移到另一物体时 意思是 说 能量由热传递的方式 从一个物体转移到了另一个物体 其能量转移的数量 不是代表每个物体内能的多少 就用热量来表示 可见 热量只是用来衡量在 热传递过程中物体内能增减的多少 并不是用来表示物体内能的多少 说某系统 或某物体包含了多少热量 是没有意义的 在国际单位制中 热量的单位是焦耳 卡或千卡已废弃不用 在对热量的理解基础上 有必要弄清与其他概念的关系 首先应明确 尽管 热量和温度有一定的联系 但它们是完全不同的两个物理量 因为热量是系统内 能变化的量度 而温度则是系统内部大量分子作无规则热运动的激烈程度的标志 尽管热传递必须在两系统间有温度差时进行 但传递的是能量 不是热质 更不 是温度 热传递不仅可使系统温度发生变化 还可使物态发生变化 在物态变化 过程中 传递给系统的热量不一定使系统温度变化 如萘的熔解过程 因此说 系统吸收热量多 温度变化不一定大 系统的温度高 放出的热量也不一 定多 因为放出的热量 不但和温度的变化值有关 还和热容量等因素有关 其次热量和功有着本质的区别 功是在没有热传递过程中 系统能量变化的量度 而热是在没有作功过程中 系统能量变化的量度 热量和功 都是系统内能变化 的量度 都是与过程有关的物理量 热量可以通过系统转化为功 功也可以通过 系统转化为热 一定量的热量和一定量的功是相当的 用作功来改变系统的内能 是系统分子的有规则运动转化为另一系统的分子的无规则运动的过程 也就是机 械能或其他能和内能之间的转化过程 用传热来改变系统的内能 是通过分子间 的碰撞以及热辐射来完成的 它将分子的无规则运动 从一个系统转移到另一个 系统 这种转移也就是系统间的内能转换的过程 因此功和热量既有内在的联系 又有本质的区别 最后还应明确热量和内能的关系 内能是由系统的状态决定的 状态确定 系统的内能也随之确定 通过作功和热传递这两种过程可使系统的内 用心 爱心 专心 能发生变化 热量是热传递过程中的特征物理量 和功一样 热量只是反映物体 在状态变化过程中所迁移的能量 是用来衡量物体内能变化的 有过程 才有变 化 就某一状态而言 只有 内能 根本不存在什么 功 和 热量 因此 也不能说一个系统中含有多少热量或多少功 卡卡 卡路里的简称 是计算热量曾用的一种单位 代号为 cal 使 1 克纯 水温度升高 1 所需要的热量叫做 1 卡路里 简称 1 卡 有时亦称 1 小卡 由于 水的比热随温度不同而略有差异 精密的量度发现 把 1 克纯水从 1 加热到 2 时所需要的热量 比把它从 31 加热到 32 时所需要的热量大约多 1 所 以在精密测定中 是把 1 克纯水从 14 5 加热到 15 5 所需要的热量规定为 1 卡 通常不加区别而以 1 卡 克 度 为水的比热 应用上为方便起见 常以 1 千卡作为热量的单位 称为 千卡 或 大卡 原来的 卡 是根据 热量 是 热质 的量 这一观点来定的 随着科学的发展 认识到热量是一种能量变 化的量度 热量的单位完全应该采用能量的单位 但由于卡这一单位已经长期沿 用 特别是在生物学和食品工业中 已习惯用卡来表示 故这一单位保留下来 但现在卡的意义跟原来的已经完全不同了 在国际单位制和我国法定计量单位中 热量的单位是焦耳 1 卡约等于 4 184 焦耳 即 1 焦耳等于 0 24 卡 大卡大卡 即千卡 为卡的 1 千倍 它是热量曾用的单位 参见 卡 热能热能 是能量的一种形式 依物质的分子运动学说 热能是物质中分子或 原子无规则热运动的动能 任何一种运动形式都有与其相对应的能量 例如 机 械运动的能量是机械能 物体内部所有分子的各种动能以及分子间势能的总和叫 做内能 内能包括两部分 一部分是与分子热运动相对应的各种分子运动的动能 EK 另一部分是由分子之间的相互作用力引起的分子势能 EP 所有分子的各种形 式的动能和势能的总和 叫物体的内能 用 E 表示 即 E EK EP 由上可见 热能 只是内能的一部分 在某些技术部门中 曾把热能和内能混淆 教学中宜将内能 和热能区别开来 热功当量热功当量 热量以卡为单位时与功的单位之间的数量关系 相当于单位热 量的功的数量 叫做热功当量 焦耳首先用实验确定了这种关系 将这种关系表 示为 1 卡 热化学卡 4 1840 焦耳 即 1 千卡热量同 427 千克米的功相当 即热功当量 J 427 千克米 千卡 4 1840 焦耳 卡 从下述两点说明功和热是相当量 而不是相等 其一是在系统的内能发生同 样的变化中 既可以通过作功来完成 也可以通过传递