第十三章　内能

一、宇宙和微观世界

1、物质是由分子组成的，分子是由原子组成的。
2、（1）分子的大小：如果把分子看成球形，一般分子的大小只有百亿分之几米，通常用10^-10m做单位来量度。
（2）原子的结构：原子由原子核和电子组成，原子核由中子和质子组成。

3、固态、液态、气态的微观模型
（1）固态物质中，分子的排列十分紧密，分子具有十分强大的作用力。因此，固体具有一定的体积和形状，但不具有流动性。
（2）液体物质中，分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体的小。因此，液体没有确定的形状，但有一定的体积，具有流动性。
（3）气体物质中，分子极度散乱，间距很大，并以高速度向四面八方运动，粒子间的作用力极小，容易被压缩。因此，气体具有很强的流动性，但没有一定的形状和体积。
4、纳米技术

纳米是长度的单位。1nm=10^-9 m。

二、分子热运动

1、分子动理论

（1）物质由分子组成；

（2）一切物体的分子都在不停地做无规则运动；

（3）分子间存在相互作用的引力和斥力。

2、扩散：不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象。扩散现象说明： 

①分子在不停地做无规则运动；

②分子之间有间隙；

 ③气体、液体、固体均能发生扩散现象；

④扩散快慢与温度有关。温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散越快。

3、分子的热运动：由于分子的运动跟温度有关，所以把分子的无规则运动叫做分子热运动。

4、分子间的相互作用力既有引力又有斥力，引力和斥力是同时存在的。当两分子间的距离等于10^-10米时，分子间引力和斥力相等，叫做平衡位置；当两分子间的距离小于10^-10米时，分子间斥力大于引力，表现为斥力；当两分子间的距离大于10^-10米时，分子间引力大于斥力，表现为引力；当分子间的距离很大（大于分子直径的10倍以上）时，分子间的相互作用力变得十分微弱，可近似认为分子间无相互作用力。

三、内能

1、内能：构成物体的所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。单位：焦耳（J）。从宏观的角度来说，内能与物体的质量、温度、状态及体积都有关。

2、一切物体在任何情况下都有内能；无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块都具有内能。

3、物体的内能大小与温度的关系：物体的内能与温度有关。在物体的质量，材料、状态相同时，温度越高，物体内能越大。也就是说，同一个物体，温度升高，它的内能增加；温度降低，内能减少。

4、热运动：物体内部大量分子的无规则运动叫做热运动。分子无规则运动的速度与温度有关，温度越高，分子无规则运动的速度就越快；物体的温度越低，分子无规则运动的速度就越慢。内能也常叫做热能。

5、内能与机械能的区别
①物体的内能的多少与物体的温度、体积、质量和物体状态有关；而机械能与物体的质量、速度、高度、形变有关。它们是两种不同形式的能。
②一切物体都具有内能，但有些物体可以说没有机械能，比如静止在地面上的物体。

6、内能的改变：

（1）改变内能的两种方法：做功和热传递。

（2）热量：热传递过程中，传递的能量的多少叫热量，热量的单位是焦耳（J）。热传递的实质是内能的转移。

A、热传递可以改变物体的内能。

 ①热传递的方向：热量从高温物体向低温物体传递或从同一物体的高温部分向低温部分传递。

 ②热传递的条件：物体之间（或同一物体不同部分）存在温度差。

热传递传递的是内能（热量），而不是温度。

 ③热传递过程中，物体吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少。

注意：物体内能改变，温度不一定发生变化。

B、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：能量的转化。

做功与热传递改变物体的内能是等效的。

四、比热容

1、定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比叫做这种物质的比热容，简称比热，用符号c表示比热容。比热容的单位是焦耳每千克摄氏度，符号是J/（kg·℃）。

2、物理意义：表示物体吸热或放热能力的强弱。

3、比热容是物质的一种特性，大小与物质的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。

4、水的比热容是：4.2×10³J/（kg·℃），它表示的物理意义是：1kg的水温度升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量为4.2×10³J。

5、比热容表

（1）比热容是物质的一种特性，各种物质都有自己的比热容。

（2）从比热容表中还可以看出：各物质中，水的比热容最大。这就意味着，在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化要小些。水的这个特征对气候的影响很大。

在受太阳照射条件相同时，白天沿海地区比内陆地区温度升高的慢，夜晚沿海地区温度降低也少。所以一天之中，沿海地区温度变化小，内陆地区温度变化大。

在一年之中，夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。

（3）水比热容较大的特点，在生产、生活中也经常利用。

如汽车发动机、发电机等机器，在工作时要发热，通常要用循环流动的水来冷却。冬季也常用热水取暖。

8、热量的计算公式：Q=cm△t。式中，△t叫做温度的变化量，它等于热传递过程中末温度与初温度之差。

注意：物体温度升高到（或降低到）与温度升高了（或降低了）的意义是不同的。比如水温从10℃升高到30℃，温度的变化量是△t=30℃-10℃=20℃；物体温度升高了30℃，温度的变化量△t=30℃。

Ｑ吸＝cm（t－t₀）（或Ｑ吸=cm△t）          

Ｑ放＝cm（t₀－t）（或Ｑ放=cm△t）

第十四章　内能的利用 

一、热机

1、热机：把内能转化为机械能的机器叫热机。

2、内燃机：

将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功，把内能转化为机械能。按燃烧燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机等。

（1）汽油机和柴油机都是一个工作循环为四个冲程，即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。

（2）一个工作循环对外做一次功，曲轴转2周，飞轮转2周，活塞往返2次。

（3）压缩冲程是对气体压缩做功，气体内能增加，这时机械能转化为内能。

（4）做功冲程是气体对外做功，内能减少，这是内能转化为机械能。

（5）汽油机和柴油机工作的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对活塞做功，其他三个冲程都要靠飞轮的惯性完成。

（6）判断汽油机和柴油机工作属哪个冲程应抓住两点：气门的开闭情况；活塞的运动方向。

（7）汽油机和柴油机的不同之处：

  汽油机：气缸顶有火花塞、吸入空气和汽油混合、点燃式、效率较低

  柴油机：气缸顶有喷油嘴、吸入空气、压燃式、效率较高

二、热机的效率

1、燃料的热值

①定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。用“q”表示。

②单位：J/kg，读作：焦耳每千克。气体燃料有时使用J/m3，读作：焦耳每立方米。

③燃料燃烧放出热量的计算：一定质量m的燃料完全燃烧，所放出热量为：Q=mq。式中，q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示燃料的质量，单位是kg；Q表示燃料燃烧放出的热量，单位是J。

酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。

煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J。

④关于热值的理解：

A、对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要燃料要完全烧尽，变成另一种物质，否则1kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

B、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。

C、若燃料是气体燃料，一定体积V的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=qV。式中，q表示燃料的热值，单位是J/m³；V表示燃料的体积，单位是m³；Q表示燃料燃烧放出的热量，单位是J。

2、热机的效率：

（1）定义：热机工作时，用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。

（2）公式：η=W/Q×100%=Q有/Q总×100%。式中，W为做有用功的能量；Q总为燃料完全燃烧释放的能量，Q有为做有用功的能量；Q总为燃料完全燃烧释放的能量。

（3）提高热机效率的主要途径：

①改善燃烧环境，使燃料尽可能完全燃烧，提高燃料的燃烧效率；

②尽量减小各种热散失；

③减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量；

④充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。

三、能量的转化和守恒

1、能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其它形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

2、能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律，大到天体，小到原子核，无论是物理学问题还是化学、地理、生物学、天文学问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。

3、“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。