內能
熱力學系統的熱運動能量。廣義地說,內能是由系統內部狀況決定的能量。熱力學系統由大量分子、原子組成,儲存在系統內部的能量是全部微觀粒子各類能量的總和,即微觀粒子的動能、勢能、化學能、電離能、核能等等的總和。因為在系統經歷的熱力學過程中,物質的分子、原子、原子核的結構通常都不發生變化,即分子的內稟能量(原子間互相作用能、原子內的能量、核能)保持不變,可作為常量交納。為此,系統的內能一般是指全部分子的動能以及分子間互相作用勢能之和,后者包括分子平動、轉動、振動的動能(以及分子內原子震動的勢能),前者是所有可能的分子對之間互相作用勢能的總和。內能是態函數。真實二氧化碳的內能是氣溫和容積的函數。理想二氧化碳的分子間無互相作用,其內能只是體溫的函數。
通過作功、傳熱,系統與外界交換能量,內能改變,其間的關系由熱力學第一定理給出。
熱能
熱能又稱熱量、能量等,它是生命的能源。人的每晚勞務活動、體育運動、上課學習和從事其他一切活動,以及人體維持正常溫度、各種生理活動都要消耗能量。如同蒸氣機須要燒煤、內燃機須要用柴油、電動機須要用電一樣。人體的熱能來始于每晚所吃的食物,但食物中不是所有營養素都能形成熱能的,只有碳水化合物、脂肪蛋白質這三大營養素會形成熱能。每克碳水化合物在體內氧化時形成的熱能為16.74千焦耳(4卡路里),脂肪每克為37.66千焦耳(9卡路里),蛋白質每克為16.74千焦耳(4卡路里)熱能的單位,常指能使1升水下降1攝氏度所需的熱量,就相當于4.184千焦耳的熱能。單位換算如下:1卡路里=4.184千焦耳1千焦耳=0.239卡路里熱能的須要量指的是維持身體正常生理功能及日常活動所需的能量,如高于這個數目,將對身體形成不良影響。人體須要的能量也即包括基礎代謝所需的能量、勞動活動所需的能量、消化食物所需的能量等三個方面。對于處在生長發育階段的兒童中學生,因為身體的新陳代謝非常旺盛,對熱能的須要量較高。一個人假如期熱量攝取不足,才會使體內儲存的糖逐步降低,到一程度時,就將開始動用脂肪,并消耗部份蛋白質,使胸肌和內臟萎縮、消瘦、乏力、體重減少、變得"骨瘦如柴",各類生理功能遭到嚴重影響,甚至殃及生命。
在日常生活中分子熱運動能量的計算,有些中學生常常少吃或不吃晚餐分子熱運動能量的計算,因為體肺熱能不足,致使血壓增加,在上第二節課之后常常形成饑餓感,自覺手足無力,上課時思想不集中。這就是吃的食物不夠,能量不足所導致的,日久都會影響生長發育。并且,假如每晚吃過多的糖果、甜食等,使食物的產熱量超過須要量,這么多余的能量都會轉化脂肪,蓄積在皮下組織,使皮下脂肪增厚,體重超過正常范圍,出出肥胖現象。并將成為成年期的高血糖、糖尿病、心血管病等器質性疾患的先兆因子。11.營養就是生長發育的"建筑材料"生長是指細胞的飼養、增大及細胞間質的降低,表現為四肢各部份、各臟器、各組織的大小、長短及重量的降低;發育是指身體各系統、各臟器、各組織功能的建立。生長主要是量的變化,發育主要是質的變化。生長發育除形成體格方面的生理變化以外,還包括神經系統以及由此引發的心理素養的變化。影響生長發育的主要誘因有遺傳和營養、疾病、鍛煉、生活水平、社會環境、氣候誘因等,其中營養誘因占有非常重要地位。蛋白質、脂肪、糖類及維生素等七大營養素,對生長發育均起著非常重要的作用。諸如,構成人體組織的基本單位是細胞,細胞的主要成份是蛋白質。新的組織細胞的構成,細胞的飼養、增大及細胞間質的增多,都離不開蛋白質。
又如碳水化合物、脂肪、鲺等營養素,也都是構成組織細胞的重要成份和生長發育的重要物質基礎。中學生的臂展、體重發育受膳食結構發生了很大變化,進而1935-1980年期間,美國兒童的生長發育水平來了個加速性增強。因為英國政府非常注重營養,進而使臺灣成為現今世界的經濟強國和長壽之國。因而被世界從多學者概括為:"一頓營養早餐即振興了美國民族"。我國兒童中學生的生長發育水平,特別明顯的為90年代低于60年代低于40年代。這也充分說明了營養誘因對中國兒童中學生凈高、體重的下降起到了顯著的推動作用。為此,不論是生長還是發育都少不了營養,營養既是決定生長發育潛在水平最終發揮行怎樣的重要誘因,也是影響生長發育最為重要的"建筑材料"。
物理能
物理能是一種很隱蔽的能量,它不能直接拿來做功,只有在發生物理變化的時侯才釋放下來,弄成熱能或則其他方式的能量。像石油和煤的燃燒,雷管爆燃以及人吃的食物在體內發生物理變化時侯所放出的能量,都屬于物理能。物理能是指化合物的能量,依照能量恒定理,這些能量的變化與反應中熱能的變化是大小相等、符號相反,出席反應的化合物中各原子重新排列而形成新的化合物時,將造成物理能的變化,形成吸熱或放熱效應。
生物能
生物能是太陽能以物理能方式儲存在生物中的一種能量方式,一種以生物質為載體的能量,它直接或間接地來始于動物的光合作用,在各類可再生能源中,生物質是奇特的,它是儲存的太陽能,更是一種惟一可再生的碳源,可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料。生物質所含能量的多少與下述諸誘因有密切的關系:品種、生長周期、繁殖與種值方式、收獲方式、抗病救災性能、日照的時間與硬度、環境的氣溫與溫度、雨量、土壤條件等,在太陽能直接轉換的各類過程中,光合作用是效率最低的,光合作用的轉化率約為0.5%-5%,據恐怕熱帶地區動物光合作用的轉化率按全年平均估算約為太陽全部幅射能的0.5%-2.5%,整個生物圈的平均轉化率可達3%-5%。風能潛力很大,世界上約有種生物,在提供理想的環境與條件下,光合作用的最高效率可達8~15%,通常情況下平均效率為0.5%左右。
以生物質為載體的能量.生物界一切有生命的可以生長的有機物質,包括動動物和微生物.所有生物質都有一定的能量,而作為能源借助的主要是農林業的副產品及其加工殘余物,也包括人畜分牛糞和有機廢棄物.風能為人類提供了基本燃料。
生物能具備下述優點:
(1)提供貧煤燃料,
(2)提供廉價能源(于個別條件下),
(3)將有機物轉化成燃料可降低環境公害(比如,垃圾燃料),
(4)與其他非傳統性能源相比較,技術上的困局較少。
至于其缺點有:
(1)動物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物,
(2)單位農地面的有機物能量過高,
(3)缺少適宜種植動物的農地,
(4)有機物的水份偏多(50%~95%)
生物能是太陽能以物理能方式儲存在生物中的一種能量方式。它直接或間接地來始于動物的光合作用,其蘊含量極大,僅月球上的動物,每年生產量如同當于目前人類消耗礦物能的20倍,或相當于世界現有人口食物能量的160倍。
生物能的開發和借助具有巨大的潛力。目前主要從三個方面研究開發:
一是構建以沼氣為中心的農村新的能量,物質循環系統,使稻殼中的生物能以沼氣的方式平緩地釋放下來,解決燃料問題;
二是構建“能量茶場”,“能量農場”,“海洋能量農場”。構建以動物為能源的發電廠。變“能源動物”為“能源小麥”,如“石油樹”,綠黃南,續隨子;
三是養殖柑蔗,玉米,海草,小麥,馬鈴薯,甜高粱等,既有利于乳品工業的發展,動物碎屑又可以制造酒精以取代石油。
機械能
機械能是動能與勢能的總和,勢能分為重力勢能和彈性勢能.決定動能的是質量與速率,決定重力勢能的是高度和質量決定彈性勢能的是勁度系數與形變量.動能與勢能可互相轉化。機械能只是動能與勢能的和。機械能是表示物體運動狀態與高度的數學量。機械能守港股:物體動能與勢能的變化量相等,也就是動能的降低與降低等于勢能的降低與降低。
動能風吹著帆船航行,空氣對帆船做了功;激流的湖水把石頭沖
走,水對石頭做了功;運動著的鋼球打在鐵塊上,把鐵塊推走,鋼球對木
塊做了功.流動的空氣和水,運動的鋼球,它們就能做功,它們都具有能
量.空氣、水、鋼球是因為運動而才能做功的,它們具有的能量稱作動能.一
切運動的物體都具有動能.
動能的大小跟什么誘因有關呢?
實驗如圖1—1所示,讓鋼球從斜面上滾下,打到一個小鐵塊上,
推進鐵塊做功.讓同一個鋼球從不同高度滾下,看哪次鐵塊被推得遠.換
用質量不同的鋼球,讓它們從同一高度滾下,看那個鋼球把鐵塊推得遠.
同一個鋼球,原先的位置越高,滾到斜面上端時速率越大,把鐵塊推
得越遠.在滾下速率相同時,鋼球的質量越大,把鐵塊推得越遠.
實驗結果表明,鋼球的質量越大,它運動的速率越大,把鐵塊推得越
遠,對鐵塊做的功越多,表示鋼球的動能越大.因而,運動物體的速率越
大,質量越大,動能就越大.
勢能人們在打樁時,先把重錘高高抬起,重錘落下才能把木樁攻入
地里(圖l—2).重錘是因為被舉高而才能做功的,舉高的物體具有的能
量叫重力勢能.物體的質量越大,舉得越高,它具有的重力勢能就越大.
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圖1—2被舉高的重錘具有重力勢能.重錘的質量越大,被舉得越高,
下落時做的功越多,表示重錘的重力勢能越大.
射擊運動員把弓拉彎,放手后被拉彎的弓能把箭射出去(圖1—3).被
壓縮的彈簧在放松后能把壓在里面的砝碼抬起(圖1—4).弓和彈簧都是
因為發生彈性形變①而才能做功的,發生彈性形變的物體具有的能量叫彈性
勢能.物體的彈性形變越大,它具有的彈性勢能就越大.
機械能動能和勢能也稱為機械能.一個物體可以既有動能,又有勢
能,比如,飛行中的客機由于它在運動而具有動能,又由于它在高處而具
有重力勢能,把這兩種能量加在一起,就得到它的總機械能.機械能是最
常見的一種方式的能量.
后面說過,一個物體才能做的功越多,表示這個物體的能量越大,因
此,能量的大小可以用做功的多少來評判.動能、勢能或機械能的單位跟
請強調下述現象中能量的轉化和轉移的情況
1.磨擦生熱;2.二氧化碳膨脹做功;3.水電站水輪機推動發電機發電;4電動電機將水抽到高處;5.動物的光合作用;6.燃料燃燒;7.鞭炮因火藥爆燃升空;8.風吹動帆船前進.
解析首先分清過程和過程前后能量方式及其增減情況.
1.磨擦生熱,機械能轉化為內能;
2.二氧化碳對外膨脹做功,內能減少,內能轉化為機械能;
3.水輪機轉動,jk耗機械能,發電機發電,得到電能,機械能轉化為電能;
4.電動電機消耗電能,將水抽到高處,機械能降低,電能轉化為機械能;
5.動物借助太陽光進行物理合成,光能轉化為物理能;
6.燃料燃燒發熱發光,將物理能轉化為光能和熱能;
7.火藥爆燃,物理能降低,鞭炮升空,機械能降低,物理能轉化為機械能;
8.風流動具有機械能,船前進,具有機械能,能量發生轉移.