内能

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内能 定义

 

内能(Internal energy )热力学系统的热运动能量。广义地说,内能是由系统内部状况决定的能量。热力学系统由大量分子原子组成,储存在系统内部的能量是全部微观粒子各种能量的总和,即微观粒子的动能势能化学能电离能核能等等的总和 。由于在系统经历的热力学过程中,物质的分子、原子、原子核的结构一般都不发生变化,即分子的内禀能量(原子间相互作用能、原子内的能量、核能)保持不变,可作为常量扣除。因此,系统的内能通常是指全部分子的动能以及分子间相互作用势能之和,前者包括分子平动、转动、振动的动能(以及分子内原子振动的势能),后者是所有可能的分子对之间相互作用势能的总和。内能是态函数。真实气体的内能是温度体积的函数。理想气体的分子间无相互作用,其内能只是温度的函数。

通过作功、传热,系统与外界交换能量,内能改变,其间的关系由热力学第一定律给出。

内能 定义式

 

dU = δW + δQ

内能 理想气体的内能

 


  理想气体的内能是一个仅与其温度有关的函数:
  dU = Cv dT 其中Cv是物体的定容比热容。对于理想气体, ,其中 R 是理想气体常数,γ 是一个和气体有关的常数,称为绝热指数。对于单原子理想气体,γ = 5 / 3 ,对于双原子理想气体,γ = 7 / 5 。

内能 物体的内能

 

 (1) 分子做无规则运动(布朗运动),因此分子具有动能。
  物体内大量分子作无规则运动跟温度有关,所以我们有把这种运动叫做热运动。
  (2)又与分子间存在相互作用力,所以分子具有势能。
  (3)内能是物体内部具有的能量,它包括物体内所有分子动能和势能

内能  内能变化的两个途径

 

  (1)做功可以改变物体的内能。(如钻木取火
  (2)热传递可以改变物体的内能。(如放置冰块使物体降温)
  做功和热传递在改变内能的效果上是等效的。做功使其他形式的能如机械能等转化为内能;热传递使
  物体间的内能发生转移。

内能   能的形式

 


  (1)能以多种形式存在于自然界,每一种形式的能对应于一种运动形式。
  各种形式的能是可以相互转化的。
  (2)能的守恒定律
  能量既不能创生,也不能消失,它只是从一种形式的能转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,
  在转化或转移的过程中,其总量保持不变。这就是能量守恒定律
 

内能  自然过程的方向性

 

  大量事实表明,自然界中的一切实际变化过程都具有方向性,朝某方向的变化是可以自发发生的,相反方向的变化却是受到限制的。这时如果要是变化了的事物重新恢复到原来的状态,一定会对外界产生无法消除的影响,这就是然过的不可逆性。 (参阅:吉布斯自由能

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