滬科版物理高二上7-a物體的內(nèi)能教學(xué)設(shè)計(jì)課堂練習(xí)反思-閱讀頁(yè)
2024-12-09 22:21本頁(yè)面
【正文】 功 熱傳遞 ? 注意 :做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的。焦耳實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)一物體（或系統(tǒng)）從某一初始狀態(tài)經(jīng)各種 不同的絕熱過(guò)程到達(dá)某一終了狀態(tài)時(shí)，在所有這些絕熱過(guò)程中，外界對(duì)物體（系統(tǒng)）所作的功值都相等。由此得到一個(gè)所謂的 “ 能定理 ” ：任何一個(gè)物體（系統(tǒng)）在平衡狀態(tài)下有一個(gè)函數(shù) E與之對(duì)應(yīng)，這狀態(tài)函數(shù)稱為物體（系統(tǒng)）的內(nèi)能，當(dāng)這個(gè)物體（系統(tǒng)）從第一狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)絕熱過(guò)程到第二狀態(tài)后，它內(nèi)能的增量等于在過(guò)程中外界對(duì)它所作的功值，即： 內(nèi)能是儲(chǔ)藏在物體內(nèi)部的能量 ，或是物體內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能量。它的改變只會(huì)影響物體內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的變化，從而引起各種熱現(xiàn)象（如膨脹、收縮、熔解、凝固、蒸發(fā)、擴(kuò)散等等）的產(chǎn)生。它應(yīng)包括分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)能；由分子間相互作用決定的勢(shì)能；組成分子的原子的動(dòng)能和勢(shì)能；原子核外電子的運(yùn)動(dòng)能；核內(nèi)的能量和物體內(nèi)部空間的電磁輻射等。在熱學(xué)中，通常情況下，原子核外電子的能量、核內(nèi)能量、物體內(nèi)部空間的電磁輻射是不變化的，所以，物體內(nèi)能又往往只指物體內(nèi)分子（包括原子）無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和相互作用的勢(shì)能。這里的 “ 動(dòng)能之和 ”包含著分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)的動(dòng)能等，也可以包括分子內(nèi)部原子的振動(dòng)動(dòng)能。 內(nèi)能和熱能的含義弄懂后，我們就可以進(jìn)一步來(lái)討論兩者的聯(lián)系和區(qū)別。 （ 2）熱能的大小隨溫度的變化而單調(diào)變化。例如，在處理理想氣體問(wèn)題的時(shí)候，特別是由單原子分子組成的理想氣體，由于只考慮大量分子具有的動(dòng)能，內(nèi)能和熱能是相等的。熱能屬于內(nèi)能范 疇，但內(nèi)能不光包括熱能。 熱傳遞與熱傳導(dǎo) 有許多人在學(xué)習(xí)物理、解答物理習(xí)題時(shí)，常把熱傳遞與熱傳導(dǎo)混為一談，認(rèn)為熱傳遞與熱傳導(dǎo)描述的是同一物理過(guò)程，殊不知它們是兩個(gè)不同的概念。前者能量交換的方式就是作宏觀機(jī)械功的方式，后者能量交換的方式就是所謂的熱傳遞。它通過(guò)熱傳導(dǎo)、對(duì)流和熱輻射三種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在熱力學(xué)中，把除了熱傳遞以外的其他一切能量轉(zhuǎn)移方式都?xì)w于作功。 由以上論述可知，熱傳遞是能量傳遞的一種方式，它具體又包括熱傳導(dǎo)、對(duì)流和熱輻射三種形式。 熱傳導(dǎo)指的是物質(zhì)系統(tǒng)（氣體、液體或固體），由于內(nèi)部各處溫度不均勻而引起的熱能（內(nèi)能）從溫度較高處向溫度較低處輸運(yùn)的現(xiàn)象。熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式，在氣體、液體中它往往與對(duì)流同時(shí)發(fā)生。 對(duì)流作為熱傳遞的一種途徑，是流體（氣體、液體）中熱傳遞的主要方式。 對(duì)流往往自發(fā)產(chǎn)生，這是由于溫度不均勻性所引起的壓力或密度差異的結(jié)果。物體溫度越高，輻射越強(qiáng)。任何物體只要溫度高于絕對(duì)零度，就能輻射電磁波，波長(zhǎng) 為 0． 4～ 40微米范圍內(nèi)的電磁波（即可見(jiàn)光與紅外線）能被物體吸收而變成熱能，故稱為熱射線。例如，太陽(yáng)傳給地球的熱能就是以熱輻射的方式經(jīng)過(guò)宇宙空間而來(lái)的。 熱量與熱能 業(yè)已證明，欲使物體的內(nèi)能增加，可以通過(guò)兩種不同的方式來(lái)達(dá)到。如焦耳當(dāng)初用以測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)，就是用機(jī)械作功的方法攪動(dòng)水銀，使水銀的內(nèi)能增大，從而使水銀的溫度升高的；又如，把兩物體摩擦，兩物體的內(nèi)能都能增大，從而使它們的溫度升高，另一種方式是把物體與 另一高溫物體直接熱接觸，通過(guò)一定時(shí)間，低溫物體的溫度也能升高直至與高溫物體溫度相同。從能量守恒的觀點(diǎn)看，此過(guò)程中必定是高溫物體中一部分能量通過(guò)分子間的無(wú)規(guī)則碰撞傳給了低溫物體。這里所論的“能量”顯然是指物體的內(nèi)能，而內(nèi)能中又包含著熱能。于是，熱學(xué)上把熱傳遞過(guò)程中物體內(nèi)能的這種改變量稱作為熱量。或者可以說(shuō)，熱量是在熱傳遞過(guò)程中傳遞的能量。熱量與功一樣是個(gè)過(guò)程量，即熱量與具體過(guò)程有關(guān)系，它既不是狀態(tài)函數(shù)也不是狀態(tài)參量。所以，當(dāng)高溫物體與低溫物體熱接觸后，高溫物體的 熱量就自動(dòng)地傳給低溫物體，直至兩者含有相同的熱量為止，這時(shí)兩者就達(dá)成了所謂的熱平衡。 還有一點(diǎn)值得一提。例如，物體（系統(tǒng)）在等溫變化過(guò)程中，物體（系統(tǒng)）與外界肯定存在熱交換，然而，上式就不能正確地反映出來(lái)。 （ 2）熱能的大小隨溫度的變化而變化，而熱量只有在特定的熱傳遞過(guò)程中才可以把它看成是溫度變化的函數(shù)（例如 ）。所以，沒(méi)有了過(guò)程，熱量也就沒(méi)有意義。當(dāng)然，當(dāng)一個(gè)物體內(nèi)部各處溫度不均勻時(shí)也存在能量的傳遞過(guò)程，即有熱量可論，但這屬特殊情況。 內(nèi)能與熱量的區(qū)別 內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量，一個(gè)物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能，而熱量是一個(gè)過(guò)程量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過(guò)程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量．如果沒(méi)有熱傳遞，就無(wú)所謂熱量，但此時(shí)物體仍有確定的內(nèi)能．例如，我們只能說(shuō) “ 某物體在某溫度時(shí)具有多少內(nèi)能 ” 而不能說(shuō) “ 某物體在某溫度時(shí)具有多少熱量． ” [探究活動(dòng) ] 題目： 怎樣測(cè)量阿伏加德羅常數(shù) 組織： 分組 方案：查閱資料，設(shè)計(jì)原理，實(shí)際操作 評(píng)價(jià)： 方案的可行性、科學(xué)性、可操作性 題目：內(nèi)能的利用 組織：分組 方案：調(diào)查內(nèi)能在哪些領(lǐng)域有哪些應(yīng)用，說(shuō)明內(nèi)能應(yīng)用的意義，寫(xiě)出調(diào)查報(bào)告 評(píng)價(jià)：調(diào)查報(bào)告的科學(xué)性
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