什么是內(nèi)能_內(nèi)能的相關(guān)性質(zhì)介紹
基本定義
內(nèi)能通常是指熱力學(xué)系統(tǒng)的熱運(yùn)動能。 狹義的內(nèi)能是指分子的熱動能，是一般物理過程中的可變內(nèi)能。 它是物體內(nèi)部所有分子進(jìn)行熱運(yùn)動時(shí)的分子動能和分子勢能的總和。
分子動能
物體內(nèi)部是由分子組成的內(nèi)能與什么有關(guān)，它們不斷地進(jìn)行無規(guī)則運(yùn)動，因此分子具有動能。 由于運(yùn)動永遠(yuǎn)不會停止，內(nèi)能永遠(yuǎn)不會為零，所以0°C的水也具有分子動能。 由于運(yùn)動雜亂且速度不一，無法準(zhǔn)確描述某個(gè)分子的運(yùn)動速度。 因此，可以用劇烈與否等詞語來描述運(yùn)動的速度和動能的大小。 更科學(xué)的描述是平均速度和平均動能。
溫度越高，分子運(yùn)動越劇烈，平均動能越大。 溫度是分子不規(guī)則運(yùn)動強(qiáng)度的反映。 物體的分子運(yùn)動越劇烈，物體的溫度越高，意思是一樣的。
分子勢能
分子勢能是分子間相互作用產(chǎn)生的能量，體現(xiàn)為分子間力的大小和分子間距離的大小。 當(dāng)分子間作用力和分子距離發(fā)生變化時(shí)，物體的物理狀態(tài)和體積就會發(fā)生宏觀的變化。 但體積變化并不大，所以我們往往不會考慮太多。 很多時(shí)候，我們還是從物理狀態(tài)來判斷分子勢能。
當(dāng)物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，分子勢能的變化有一個(gè)特點(diǎn)——突變。 例如，當(dāng)0℃的冰融化成0℃的水時(shí)，雖然溫度沒有變化，分子的動能也沒有變化，但由于融化是吸熱過程，所以吸收的能量被用來增加勢能分子的能量。 因此，我們說分子的勢能增加。物理資源網(wǎng)，內(nèi)能增加而溫度不變。
所有分子
在比較不同物體的內(nèi)能時(shí)，我們還需要考慮質(zhì)量的因素，所以我們不能說溫度高的物體內(nèi)能就大，也不能說內(nèi)能高的物體就內(nèi)能大。高溫。 例如，一小塊燒紅的鐵釘和一座冰山。 顯然冰山溫度低但內(nèi)能高。 但在相同狀態(tài)下，質(zhì)量大、溫度高的物體的內(nèi)能一定大于質(zhì)量小、溫度低的物體的內(nèi)能。
相關(guān)屬性
從微觀角度看，系統(tǒng)的內(nèi)能是組成系統(tǒng)的所有分子的隨機(jī)運(yùn)動動能、分子間相互作用的勢能以及分子和原子核內(nèi)部各種形式的能量的總和。 后兩項(xiàng)在大多數(shù)物理過程中是不變的，因此一般只需要考慮前兩項(xiàng)。 兩者之和就是通常所說的內(nèi)能。 然而，在涉及電子激發(fā)和電離的物理過程中或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，分子內(nèi)部（不包括原子核內(nèi)部）的能量會發(fā)生顯著變化。 這時(shí)，分子內(nèi)部的能量必須在內(nèi)能中考慮。 原子核的內(nèi)能只在核物理過程中發(fā)生變化，所以大多數(shù)情況下，這部分能量不需要考慮。 內(nèi)能的絕對量（主要是原子核的內(nèi)能部分）尚不完全清楚，但不影響一般問題的求解。 內(nèi)能我們經(jīng)常關(guān)心的是它的變化。
拋開物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)不談，從宏觀上看，內(nèi)能與系統(tǒng)在絕熱條件下做功的多少有關(guān)，是描述系統(tǒng)本身能量的狀態(tài)函數(shù)。 內(nèi)能的宏觀定義為：ΔU=Wa，其中ΔU為內(nèi)能的變化量，Wa為絕熱過程中系統(tǒng)對外做功的量。 在宏觀定義中，內(nèi)能是一個(gè)相對量。
內(nèi)能是物體和系統(tǒng)的固有屬性，即所有物體或系統(tǒng)都具有內(nèi)能，它不依賴于外界是否存在或外界是否影響系統(tǒng)。
內(nèi)能是一種廣延量（或能力性質(zhì)），即在其他因素不變的情況下，內(nèi)能的大小與物質(zhì)的量（物質(zhì)的量或質(zhì)量）成正比。 [1]
內(nèi)能是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)（簡稱狀態(tài)函數(shù)），即內(nèi)能可以表示為系統(tǒng)某些狀態(tài)參數(shù)（如壓力、體積等）的具體函數(shù)。 功能的具體形式取決于具體的材料。 系統(tǒng)（具體取決于狀態(tài)方程）。 當(dāng)系統(tǒng)處于某種平衡狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的所有狀態(tài)參數(shù)都會獲得一個(gè)常數(shù)值，內(nèi)能作為這些狀態(tài)參數(shù)的特定函數(shù)也將獲得一個(gè)常數(shù)值（雖然還不清楚其絕對值是多少）是）。
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某種變化，從原來的平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)新的平衡狀態(tài)時(shí)，內(nèi)能的變化量只取決于變化前后系統(tǒng)的狀態(tài)，而不取決于變化是如何發(fā)生的（如變化的速度）并且與變化所經(jīng)歷的曲折過程（例如是否經(jīng)過等溫過程、等壓過程或任意過程）無關(guān)。 內(nèi)能的這種性質(zhì)與功和熱有著本質(zhì)上的不同。
功和熱量都是系統(tǒng)與外界交換的能量，或者是系統(tǒng)吸收（從外界）或釋放（到外界）的能量。 一旦系統(tǒng)做功或者向外界傳遞熱量，這部分能量就不再是系統(tǒng)的能量（即不再是系統(tǒng)內(nèi)能的一部分），而是成為系統(tǒng)的能量。外部物體（構(gòu)成外部物體的內(nèi)能或動能）。 一部分）。 系統(tǒng)只存在或含有內(nèi)能（內(nèi)能的存在不依賴于外界），不存在熱量或功（沒有外界與系統(tǒng)的相互作用，就沒有熱量和功）。 只有當(dāng)系統(tǒng)受到外界（外力或溫差）的影響時(shí)，系統(tǒng)的部分內(nèi)能才會以功或熱的形式傳遞給外界（反之亦然）。 工作量和熱量不僅取決于變更前后系統(tǒng)的狀態(tài)，還取決于變更的每個(gè)細(xì)節(jié)過程。
對于一定量的物質(zhì)組成的系統(tǒng)，通過做功和傳熱與外界進(jìn)行能量交換，引起系統(tǒng)狀態(tài)的變化，從而產(chǎn)生內(nèi)能的變化。 它們之間的關(guān)系由熱力學(xué)第一定律給出。 對于沒有宏觀動能變化的系統(tǒng)，ΔU=W+Q，其中ΔU為內(nèi)能的變化量，W為外界對系統(tǒng)做的功，Q為系統(tǒng)吸收的熱量（由外部世界）。 這個(gè)公式稱為熱力學(xué)第一定律的通用表達(dá)式。 內(nèi)能的概念是基于焦耳等人大量精確的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)而提出的。 能量和內(nèi)能概念的建立，標(biāo)志著能量轉(zhuǎn)化和守恒定律（即熱力學(xué)第一定律）的真正建立。
正如重力對一定質(zhì)量的物體所做的功的大小與物體下降的路徑無關(guān)一樣，只與物體下落前后的垂直位置有關(guān)。 焦耳的實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)在絕熱條件下所做的功的大小與系統(tǒng)所經(jīng)歷的具體過程無關(guān)內(nèi)能與什么有關(guān)，只與系統(tǒng)所做的功有關(guān)。 與之前和之后的狀態(tài)有關(guān)。 過去，人們提出了引力勢能的概念，將過程功表達(dá)為僅與高度有關(guān)的勢能函數(shù)在不同高度處函數(shù)值的差異。 同樣，可以定義一個(gè)只依賴于系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)，過程變量絕熱工作表就是該函數(shù)在不同狀態(tài)下的函數(shù)值之差。 這個(gè)定義的函數(shù)稱為內(nèi)能。
【注】對于宏觀動能發(fā)生變化的系統(tǒng)，熱力學(xué)第一定律的通用表達(dá)式為：ΔEk+ΔU=W+Q，其中ΔEk為系統(tǒng)（宏觀）動能的變化量。