内能领域知多少

内能领域知多少
一、基于分子动理论的内能概念
构成物质的分子都在做无规则运动，因而它们具有动能，物体内大量
分子做无规则运动所具有的能量称为分子动能；由于分子之间具有一定的
距离，也具有一定的作用力，因而分子具有势能，称做分子势能；物体内
所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能.
需要注意的是：①整个物体的机械运动与内部分子的无规则运动是两
回事，不能混淆.例如，“物体运动速度越大，分子动能越大，因此内能
越大”就犯了宏观、微观混为一谈的错误；②既然一切物体中的分子都在
永不停息地做无规则运动，则任何物体在任何情况下都具有内能，也就是说，任何情况下，物体的内能都不可能等于零.所以说，“内能跟温度有关，所以0℃的冰没有内能”这种说法是错误的.
二、影响内能大小的基本因素
初中阶段的内能，同学们要注意，影响物体内能大小的因素主要有三：一是质量，同种物质质量的大小决定着分子数量的多少；二是温度，温度
的高低决定着分子无规则运动的剧烈程度；三是物态，不同物态下分子之
间作用力的强弱以及分子间距离是不同的，分子势能也是不一样的，同温
度的等量物质，气态的分子势能大于液态的分子势能，液态的分子势能大
于固态的分子势能.
在实际比较不同物体内能大小的过程中，需要综合考虑各个相关因素.例如，4只相同规格的烧杯中装有水，水量及其温度如图所示.关于4只
烧杯中水的内能的大小，可以依次有序做出判断.d烧杯中水的内能大于c
烧杯中水的内能，这是由于温度差异导致的；d烧杯中水的内能大于b烧
杯中水的内能，这是由于质量差异导致的；b烧杯中水的内能大于a烧杯
中水的内能，这是由于温度差异导致的；c烧杯中水的内能大于a烧杯中
水的内能，这是由于质量差异导致的.那么，b、c两烧杯中水的内能谁大
谁小呢？这就不得而知了，b烧杯中水的温度高，c烧杯中水的质量（分
子数量）大.
对于同一物体而言，影响其内能大小的就只剩下温度与物态两个因素了，需要指出的是：由物态变化引起分子势能的变化需要引起同学们的注意.同一物体在没有物态变化的前提下，物体的内能越大，温度越高；物
体的内能越小，温度越低.但有物态变化时，情况就不同了，例如晶体熔
化及液体的沸腾过程中，物体吸热，内能增加，但温度却保持不变.例如，一块0℃的冰熔化成0℃的水，由于冰块吸收热量导致其内能增加，虽然
温度没有改变，但分子的势能发生了变化.故同一物体，温度升高，内能
一定增加；反过来，内能增加，温度不一定升高，有可能保持不变.
三、改变物体内能的两种方法
改变物体内能大小的方法有两种：做功和热传递，如下表所示.
做功和热传递这两种方式虽然在改变物体内能上是等效的，但本质还
是有所区别.“做功”使物体的机械能转化为物体内无规则运动分子的内能，属能量的转化，做功使物体的内能改变有多种形式，如克服摩擦、压
缩气体等.热传递则是能量从高温物体传到低温物体或者从同一物体的高
温部分传到低温部分的过程，属能量的转移，热传递改变物体内能方式有
传导、对流和辐射.
四、明辨几个相近概念
温度、热量、内能这三个概念是有本质区别的.①温度是表示物体冷
热程度的物理量.温度是状态量，可以说温度“是多少”，也可以说温度“升高了多少”或“降低了多少”；②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.内能是状态量，形容内能可以说“有”，
也可以说“大”“小”“增大”“减小”；③热量是热传递过程中传递能
量的多少.热量是过程量，可以说“吸收多少”或“放出多少”热量，但
不能说“含有多少”热量.所以“高温物体与低温物体接触后，高温物体
把温度传递给了低温物体，所以高温物体的温度降低，低温物体的温度升高”这种说法是不成立的.
日常生活中说的“热”，含义是广泛的，在不同情况下，有的“热”
表示物体的温度，有的“热”表示物体的内能，有的“热”表示在热传递
过程中吸收或放出的热量.例如，“今天的天气真热”的“热”，是表示
物体的冷热程度的，说明气温高，指温度；“气筒壁热了”的“热”，是
由于打气时，克服摩擦做功，同时压缩气体做功，机械能转化为内能，因此，这个“热”表示的是内能；“物体吸热，温度升高”，表示低温物体
吸收热量，温度升高，这个“热”指的是“热量”.
五、内能获取及利用的历史变迁
内能在人们的生产、生活中相当广泛，内能的获取以及利用的历史，
也是人类技术发展、社会进步的历史.农耕文化，意味着人类获取内能的
方式主要是燃烧柴草，对内能的利用也很简单，主要用于烤火取暖以及加
热熟食；工业革命，意味着人类获取内能的方式聚焦在煤炭燃料的集中开
采和使用，产生的内能主要用于通过蒸汽机以转化成工业生产所需要的机
械能；产业革命，意味着人类获取内能的方式聚焦在石油燃料的集中开采
和使用，产生的内能一是通过内燃机以转化成驱动交通工具前进的机械能，
二是通过内燃机带动发电机产生电气化生产、生活所需要的电能；现如今，人们把核能转化为内能，并将内能转化为机械能，进一步转化为电能，这
成为人类能源获取与利用的新途径.
六、内能的利用与温室效应
由于人口的急剧增加，现代社会对内能的需求也日益增加，且各国都
加快了工业化的进程，这样就必须大量地使用燃料来获取内能，使得排放
到空气中的二氧化碳相应增加；又由于森林被大量砍伐，大气中应被森林
吸收的二氧化碳没有被吸收，这也是空气中二氧化碳含量增加的一个原因，温室效应也进一步增强.估计到21世纪中叶，地球表面平均温度将上升
1.5～4.5℃，而在中高纬度地区，温度将上升更大.温室效应的后果十分
严重，它将促使自然生态发生重大变化.土地侵蚀加重，荒漠化扩大，森
林退向极地，旱涝灾害严重，雨量将增加7%～11%；温带冬天更湿，夏天
更旱，这会迫使原有的水利工程重新调整.由于气温升高，两极冰川将熔化，使海平面上升，沿海将受到严重威胁……
地球变暖已引起全世界人们的关注，如何积极治理大气污染已成为人
类迫切需要解决的重要课题.由于现阶段人类利用的能量主要还是内能，
不能因为它造成了大气污染就“因噎废食”，弃之不用.在利用内能时，
首先，我们可以通过改进设备和技术，采用集中供热、普及煤气、天然气
的使用等措施来减轻对大气的污染；其次，研究把二氧化碳气体转化为其
他物质的生物、化学技术，实现二氧化碳气体的收集和绿色转化；再次，
要保护好现有的森林，并大力提倡植树造林，使大气中的二氧化碳通过植
物光合作用转化为营养物质；最后，还要研究利用各种途径，尽量减少矿
物能源的总消耗，大力开发和应用太阳能、水能、原子能和风能等，以减
少二氧化碳的排放，最终达到减轻温室效应带来的严重后果.。