内能与热量
内能与热量及比热容
内能与热量及比热容一，考点、热点回顾一、内能的初步概念：1、内能：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，叫做物体的内能。
2、物体在任何情况下都有内能：既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条件的存在着。
无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。
3、影响物体内能大小的因素：①温度：在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高物体内能越大。
②质量：在物体的温度、材料、状态相同时，物体的质量越大，物体的内能越大。
③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可能不同。
④存在状态：在物体的温度、材料质量相同时，物体存在的状态不同时，物体的内能也可能不同。
4、内能与机械能不同：机械能是宏观的，是物体作为一个整体运动所具有的能量，它的大小与机械运动有关内能是微观的，是物体内部所有分子做无规则运动的能的总和。
内能大小与分子做无规则运动快慢及分子作用有关。
这种无规则运动是分子在物体内的运动，而不是物体的整体运动。
5、热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。
现象：温度越高扩散越快。
说明：温度越高，分子无规则运动的速度越大。
二、内能的改变：1、内能改变的外部表现：物体温度升高（降低）——物体内能增大（减小）。
物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）——内能改变。
反过来，不能说内能改变必然导致温度变化。
（因为内能的变化有多种因素决定）2、改变内能的方法：做功和热传递。
A、做功改变物体的内能：①做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加。
物体对外做功物体内能会减少。
②做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化③如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。
（Ｗ＝△Ｅ）④解释事例：看到棉花燃烧起来了，这是因为活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花燃点使棉花燃烧。
钻木取火：使木头相互摩擦，人对木头做功，使它的内能增加，温度升高，达到木头的燃点而燃烧。
中考物理“内能和热量”高频考点总结
中考物理“内能和热量”高频考点总结中考物理“内能和热量”高频考点总结分子动理论1.分子动理论的内容是：(1)物质由分子组成的，分子间有空隙;(2)一切物体的分子都永不停息地做无规那么运动;(3)分子间存在互相作用的引力和斥力。
2.固体、液体压缩时分子间表现为斥力大于引力。
固体很难拉长是分子间表现为引力大于斥力。
内能1.内能：物体内部所有分子做无规那么运动的动能和分子势能的总和。
(内能也称热能)2.物体的内能与温度有关：物体的温度越高，分子运动速度越快，内能就越大。
3.改变物体的内能两种方法：做功和热传递，这两种方法对改变物体的内能是等效的。
4.物体对外做功，物体的内能减小;外界对物体做功，物体的内能增大。
热量5.热量(Q)：在热传递过程中，传递能量的多少叫热量。
(物体含有多少热量的说法是错误的)6.热值(q)：1千克某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值。
单位是：焦耳/千克。
燃料燃烧放出热量计算：Q放=mq;(Q放是热量，单位是：焦耳;q是热值，单位是：焦/千克;m是质量，单位是：千克。
) 比热容7.比热容(c)：单位质量的某种物质温度升高(或降低)1℃，吸收(或放出)的热量叫做这种物质的比热容。
8.比热是物质的一种属性，它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变，只要物质一样，比热就一样。
9.比热的单位是：焦耳/(千克·℃)，读作：焦耳每千克摄氏度。
10.水的比热是：C=4.2×103焦耳/(千克·℃)，它表示的物理意义是：每千克的水当温度升高(或降低)1℃时，吸收(或放出)的热量是4.2×103焦耳。
11.热量的计算：①Q吸=cm(t-t0)=cm△t升(Q吸是吸收热量，单位是焦耳;c是物体比热，单位是：焦/(千克·℃);m是质量;t0是初始温度;t是后来的温度。
②Q放=cm(t0-t)=cm△t降热机12.内燃机可分为汽油机和柴油机，它们一个工作循环由吸气、压缩、做功和排气四个冲程。
《内能和热量》 讲义
《内能和热量》讲义一、内能内能，这个概念对于我们理解物质的微观世界以及热现象至关重要。
那什么是内能呢？简单来说，内能就是物体内部所有分子的动能和势能的总和。
分子在不停地做无规则运动，这种运动具有一定的速度，也就具有了动能。
而分子之间存在着相互作用的引力和斥力，就像被弹簧连接着的小球，它们的相对位置变化会引起势能的改变。
这两种能量加起来，就构成了物体的内能。
内能的大小与许多因素有关。
首先是温度，温度越高，分子的热运动越剧烈，分子的动能就越大，内能也就越大。
比如，一杯热水的内能就比一杯冷水的内能大。
其次是质量。
质量越大，意味着物体内部分子的数量越多，总内能也就越大。
想象一下，一大桶水和一小杯水，在温度相同的情况下，显然大桶水的内能更大。
还有物质的种类和状态。
不同的物质，其分子的结构和相互作用不同，内能也会有所差异。
而且，同一物质在不同的状态下，内能也不同。
比如，冰融化成水需要吸收热量，内能增加，这是因为状态改变时，分子间的势能发生了变化。
内能是一个相对的概念，它取决于物体的状态和参考系。
而且，内能是无法直接测量的，我们只能通过一些外在的表现和变化来间接推断。
二、热量接下来，咱们说说热量。
热量，是在热传递过程中传递的能量。
当两个温度不同的物体相互接触时，高温物体的内能会向低温物体转移，这个转移的能量就是热量。
热量的单位是焦耳（J）。
需要注意的是，热量不是物体本身具有的属性，而是在热传递过程中才产生的。
比如说，我们不能说一个物体“具有多少热量”，而应该说“在某个过程中传递了多少热量”。
热量的传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射。
热传导是指由于温度差引起的热能通过物质直接接触，由高温部分向低温部分传递。
比如，我们用金属勺子搅拌热汤，过一会儿勺子就变热了，这就是热传导。
热对流则是依靠液体或气体的流动来传递热量。
烧开水时，水的上下翻滚就是热对流的体现。
热辐射是物体通过电磁波来传递能量。
太阳向地球传递热量，就是通过热辐射的方式，不需要任何介质。
内能,热量和功的微观含义
内能,热量和功的微观含义
内能、热量和功是热力学中的三个基本概念，它们在微观上的含义如下：
内能（U）：指系统内部微观粒子的总能量，包括其动能和势能。
内能是一个状态量，只与系统的初始状态和最终状态有关，而与系统经历的具体路径无关。
热量（Q）：指由于温度差而在两个系统间传递的能量。
热量不是一个状态量，而是一个过程量，只有在系统发生热传递时才有意义。
热量的传递是由温度梯度驱动的，从高温处流向低温处。
功（W）：指外力对系统所作的机械功。
功也是一个过程量，只有在系统发生功传递时才有意义。
功的传递是由力的作用驱动的，通过物体的运动实现能量的转换。
需要注意的是，内能、热量和功都是能量的形式，它们之间可以相互转化。
在热力学中，内能、热量和功的变化量之间存在着热力学第一定律的关系式，即ΔU = Q - W，其中ΔU 表示系统内能的变化量，Q 表示系统吸收的热量，W 表示系统所做的功。
内能与热量的区别
内能与热量的区别
1、内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能。
2、热量是一个过程量，与一段过程对应，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量.
如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能.
3、内能是由系统状态决定的。
状态确定，系统的内能也随之确定。
要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种途径来完成。
而热量是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，离开过程，毫无意义。
4、就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。
内能和热量
∙内能1.大量分子无规律的运动，叫做热运动。
2.物体内部大量分子做无规则运动所具有的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
习惯上也称为热能。
3.改变物体内能的方法有两种：做功和热传热。
4.从改变物体内能的效果来看，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
5.内能的多少与物体的温度有关，物体的温度越高，内能越多，物体的温度越低，内能越少。
∙热量1.在热传递过程中，物体吸收或放出的热的多少，叫做热量。
热量是在热传递过程中量度物体内能变化的物理量。
热量总是由高温物体(或高温部分)向低温物体(或低温部分)传递，直到温度相同.2.热量的国际单位是焦耳(J)3.比热：单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量，叫做这种物质的比热。
4.比热的单位是：焦耳／(千克·℃)5.每一种物质都有自己的比热，比热是物质的一种特性。
6.水的比热4.2×103焦／(千克·℃)，1千克水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103焦。
7.水的比热最大。
因此，对于同等质量的物质，在吸收或放出同样热量的情况下，水的温度变化最小。
沿海地区不象内陆地区的气温变化显著，就是这个道理。
8.热量的计算：物体吸收的热量：Q=cm(t-t)物体放出的热量：Q=cm(t-t)9.热平衡方程：如果在热传递过程中没有热量的散失，则低温物体吸收的热量Q吸等于高温物体放出的热量Q放，即：Q吸=Q放。
∙能的转化和守恒定律1.能量既不会消灭，也不会创立。
它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另外的物体，而能的总量保持不变。
这个规律叫做能的转化和守恒定律。
是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一。
2.自然界中物质存在着不同形式的运动，物质的每种形式的运动对应于一种形式的能。
机械运动对应机械能、分子的热运动对应内能、化学变化对应化学能等.能量转化和守恒定律告诉我们，各种形式的能量都可以在一条件下转化。
并且转化中，能是守恒的。
热量的计算方法,热量与内能的区别
一、什么是热量？
在系统与外界之间，或系统的不同部分之间转移的无规则热运动能量叫做热量。
常用Q表示。
这种传热过程大多是与系统和外界之间，或系统的不同部分之间温度的不同相联系的。
热量是大家应该注意与内能区分的一个概念，在一定情况下可以认为热量是系统与外界交换内能的净值。
比如，系统的温度比外界的温度高并与外界有热接触，系统内各个分子的热运动能量通过频繁的碰撞传递给外界，但同时外界分子的热运动能量同样也可以通过碰撞转移给系统，由于温度不同，系统转移给外界与外界转移给系统的热运动能量是不同的，这个差值就成为热量。
大学物理规定，系统从外界吸收热量，Q取正；系统对外界放出热量，Q取负。
有特别规定的情况除外。
二、热量的计算方法
一个系统在变化过程中的热量可以有三种计算方法。
一是使用热力学第一定律来计算（见热力学第一定律的应用知识点）；二是使用比热来计算；三是使用摩尔热容来计算（见摩尔热容知识点）。
中学学过物质的比热c定义为：单位质量的物体温度每升高或降低一度所吸收或放出的热量。
按它的定义很容易得到热量的计算公式：
式中m为气体质量，ΔT为过程的温度差。
T1和T2分别是过程的初状态和末状态的温度。
按比热计算热量时应该注意，热量多少是与过程有关的。
不同的过程虽然温度差相同，热量是完全可能不同的。
这体现在比热c对不同过程取值不同。
在很多过程中，c还与温度有关，这时上面计算热量的公式应该改为积分。
物体的内能与热量
物体的内能与热量在物理学中，内能和热量是两个重要的概念。
内能是物体所具有的能量的总和，包括分子和原子的动能和势能。
热量则是指物体之间传递的能量，当物体之间存在温度差异时，热量会从高温物体传递到低温物体。
一、内能的概念和计算内能是物体所具有的能量的总和，包括物体的分子和原子的动能和势能以及其他宏观微观粒子的能量。
内能的计算公式为：E = K + U其中，E表示内能，K表示动能，U表示势能。
动能可以分为平动动能和旋转动能。
平动动能是物体由于直线运动而具有的能量，公式为：Kt = 1/2 * m * v^2其中，m为物体的质量，v为物体的速度。
旋转动能是物体由于旋转而具有的能量，公式为：Kr = 1/2 * I * w^2其中，I为物体的转动惯量，w为物体的角速度。
势能可以分为重力势能和弹性势能。
重力势能是物体由于位于高度而具有的能量，公式为：Ug = m * g * h其中，m为物体的质量，g为重力加速度，h为物体的高度。
弹性势能是物体由于形变而具有的能量，公式为：Us = 1/2 * k * x^2其中，k为弹性系数，x为物体的形变程度。
二、热量的传递和计算热量是指物体之间传递的能量，当物体之间存在温度差异时，热量会自高温物体传递到低温物体。
热量的传递方式包括传导、传热和辐射。
传导是指物体之间的接触传热，其中热量的传递方式有导热和对流。
导热是指物体内部的分子通过碰撞传递热量，而对流则是指液体或气体的分子通过自然对流或强制对流传递热量。
传热是指物体之间通过直接或间接的热传递方式传递热量。
直接传热包括对流、辐射等，间接传热通过传热介质如水、空气等介质传递热量。
辐射是指通过电磁波传递热量，不需要介质传递热量。
热量的计算公式为：Q = m * c * ΔT其中，Q表示热量，m表示物体的质量，c表示物体的比热容，ΔT表示物体的温度变化。
三、内能和热量的关系内能和热量之间存在一定的关系。
当物体吸收热量时，其内能会增加；当物体放出热量时，其内能会减少。
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生产
M末 M初 0 M末
生产要素
产品
生产要素：土地, 厂房, 原料, 机器,
工人, 技术人员, 决策人员, 管理人员
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第4节 热容与能量均分定理
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作业： 3.8、3.10.
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30
• 热容：不同物质的混合
m, t1 t ?
m, t2
t c1t1 c2t2 t1 t2
Qp
dT
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48
• 定体热容与内能
热力学第一定律 : •dU W Q
准静态过程外界做功： W pdV
等容过程：dV 0 QV dU
CV
QV
dT
U T V
CV
,摩尔
U摩尔 T
V
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49
• 定压热容与焓
热力学第一定律 : •dU W Q 准静态过程外界做功： W pdV
1 2
Iz2
绕z轴转动的角速度的玻尔兹曼分布：
f
z
I
2kBT转
1/
2
exp
I
2 z
2kBT转
Ez转
1 02
Iz2 f
(z )dz
kBT转 2
kBT 2
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36
• 振动的能量均分定理
沿z轴振动的动能Ez振
1 2
mvz2
沿z轴振动的速度的玻尔兹曼分布：
f
vz
m
2kBT振
1/
2
exp
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12
• Mayer的贡献
1）用能量转化解释热带人群的静脉血含氧量高
2）“热是一种力，它可以转变为机械效应”
3）根据当时已有的实验结果计算热功当量
4）第一个用热力学指出有机物的生命活动不是
来自“生命力”，而是化学能转化为热的过程
5）用能量转化解释起电机、重力势能
6）用能量转化解释陨石穿越大气时的发光现象
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• 刚性双原子理想气体
质心平动自由度＝3 振动自由度＝0
绕质心转动自由度＝2
U 摩尔
1 2
RT3
2
5 2
RT
CV ,摩尔
dU摩尔 dT
5 2
R
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42
• 刚性双原子理想气体
气体 原子量
CV,m/R
CV ,摩尔 2.5R
H2 2.016
F2 37.9968
Cl2 70.906
质心平动自由度＝3
振动自由度＝0
绕质心转动自由度＝3
U 摩尔
1 2
RT3
3
0
6 2
RT
CV ,摩尔
dU摩尔 dT
3R
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44
气体
HCN H2S ClCN CO2 N2O SO2 H2O
CV/R
3.585 3.106 4.660 3.341 3.568 3.722 3.329
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22
• 热量的本质
1)热量是一种新的能量转移， 不同于机械的和电的作用方式； 2)热量是用内能差和非绝热过程 的功来定义的。
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23
• 热能与机械能的本质区别
热运动 :能量均匀分配 ,不能使 某些自由度的能量单独 增减。
机械运动: 能量集中在少数 几个自由度, 可以有选择地 使某些自由度的能量增减。
绕质心转动自由度＝3
振动自由度＝3NA 6
U 摩尔
1 2
kBT
23N
A
6
3N A
6kBT
3N AkBT 3RT
CV ,摩尔
dU摩尔 dT
3R
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46
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47
• 定体热容与定压热容
定容热容CV
lim QV
T 0 T
QV
dT
定压热容C p
lim Qp
T 0 T
气体
氨 甲烷 乙炔 乙烯 乙烷 乙醇 甲醚 苯 丙烯 1-丁烯 顺-2-丁烯 反-2-丁烯
CV/R 3.387 3.277 4.101 4.200 5.387 8.330 7.121 11.637 67.269 9.522 9.915 8.811
45
• 固体：Dulong-Petit定理
质心平动自由度＝3
15
• Joule实验
水
搅拌机
水 多孔塞
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气体
16
• 热力学第一定律
热力学状态A
W1
W2
绝热过程
W2＝W1
热力学状态B
只与状态 A和B有关的常量
参与作功的力并不需要是保守力！
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17
• 机械能守恒定律
力学状态A
W1
W2
力学状态B
W2＝W1 只与两个状态有关的常 量
mvz2 2kBT振
Ez振
0
1 2
mvz2
f
(vz
)dvz
kBT振 2
kBT 2
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37
• 振动的能量均分定理
沿z轴振动的势能U z振
1 2
Kz 2
沿z轴振动的位置的玻尔兹曼分布：
f
z
K
2kBT振
1/
2
exp
Kz 2 2kBT振
U z振
1 02
Kz2 f
(z)dz
kBT振 2
参与作功的力必须是保守力！
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18
• 内能
热力学状态A
W1
W2
绝热过程
热力学状态B
U ( A) U (B) W2＝W1 只与状态 A和B有关的常量
2020/6/12
19
• 热量
热力学状态A
非绝热过程
外界作功W
热力学状态B
系统在非绝热过程中吸收的“热量”
定义为：Q U AU BW
O2
32.0
N2 28.0134
HF 20.0064
2.445 2.788 3.251 2.506 2.504 5.737
HCl 36.461
2.524
HBr 80.912
2.525
HI 127.9125
2.621
NO 30.006
2.514
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Hale Waihona Puke CO 28.01042.501
43
• 刚性N(>2)原子理想气体
重量不变 水
酒精
重量不变
水银
重量不变
t 16C
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水
酒精
水银
t 0C
6
• Rumford实验 金属屑~ 54克
炮筒～51公斤，半小时温度上升39C
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7
• Rumford实验
水～8.5公斤
炮筒
两个半小时后，水沸腾！
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8
• Davy实验
钟摆装置 t 2C
2020/6/12
20
• 一般过程的热力学第一定律
热力学状态A
W1
W2
Q1
Q2
热力学状态B
U AU B W1 Q1 W2 Q2
2020/6/12
21
• 内能的本质
1)内能U不包含整体的机械动能； 2)内能也不包含整体的势能。 从微观上看，内能是相对于质心 的动能与相互作用势能之和。
2020/6/12
51
2020/6/12
52
• 例4-1
Q h汽 h水
2020/6/12
53
• 摩擦取火
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54
• 摩擦取火
木块比热 ~ 2.6 103焦/(千克 • 度)
木头比重～0.6 103千克/米3
木块长0.5米，宽0.1米，沿长边摩擦。 正压力20牛顿，摩擦系数0.4。
摩擦生热透入木块深度 ～104米 来回摩擦一次使加热部分升温多少？
kBT 2
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• 转动与振动的能量均分定理
1)每个转动自由度的平均能量也为1 2
k
BT；
2)每个振动自由度的平均动能和平均势能
分别为1 2
kBT。
注：这里的转动是分子 绕内部轴的转动，
振动是分子内部各部分 之间的相对运动。
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39
• 单原子理想气体
平动自由度＝3
振动自由度＝0
2
2
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31
• 摩尔热容
热容C lim Q
T 0 T
摩尔热容 Cm
热容 摩尔数
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32
• 热容与过程有关
热容C lim Q
T 0 T
吸热Q与过程有关
热容C也与过程有关。
2020/6/12
33
• 平动的能量均分定理
U 摩尔
E动能，摩尔
NA
3 2
kBT
3 2
RT
CV ,摩尔
转动自由度＝0
U 摩尔
3 2
kBT
NA
3 2
RT
CV ,摩尔
dU摩尔 dT
3 2
R
2020/6/12
40
• 单原子理想气体
CV ,摩尔 1.5R
气体 分子量
CV,m/R
He 4.0026 Ne 20.183 Ar 39.948 Ke 83.80 Xe 131.30