三个基本热学量的区别与联系 张友金 温度、内能和热量是初中热学涉及的三个基本物理量它们都与物体内大量分子无规则运动的剧烈程度有关,但各自的含义是不同的,学习过程中最好用“对比”的方法搞清它们之间的区别与联系一、三个量的区别与联系 1. 温度:温度是与物体自身的冷热程度相联系的物理量,由自身的状态决定,它表示物体在某一时刻的冷热程度,与热传递过程无关 温度的本质是物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均运动的速度就越大,动能也就越大由此可见,温度实质上反映了物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度由于温度能直接反映物体内分子无规则运动的剧烈程度,故把其作为描写物体热运动状态的最基本的物理量热学中所有的热现象都与温度有关 温度的单位是“摄氏度”、其符号为“℃”叙述时所用的物理语言一般为:物体的温度“是”多少摄氏度;物体吸(放)热,温度“升高(降低或不变)”或“升高(降低)到”多少摄氏度等 2. 内能:内能是物体内所有分子做无规则运动的动能与分子势能的总和内能的大小与三个因素有关:(1)物体温度升高,其内部分子无规则运动加剧,分子的动能增加,内能增加;若物体温度下降,分子动能减少,内能减少。
2)因物体内部分子与分子之间存在相互作用力,故分子之间也具有由它们的相对位置所决定的势能,即分子势能当物体宏观上的体积发生变化时,其内部分子间的距离也随之改变,从而引起分子势能的变化一般情况下,当物体体积增大时,分子势能增加;体积减小时,分子势能减小3)内能还与物体内的分子数的多少有关,在温度、体积相同时,物体内的分子数越多,其内能就越大 叙述内能时常用的物理语言一般为:0℃的物体同样具有内能;内能从一个物体转移到另一个物体;在做功冲程中,内能转化为机械能;改变内能有做功和热传递两种方式 内能的单位是“焦耳” 3. 热量:热量是物体内能变化的量度,其定义为:在热传递过程中,传递的能量多少热量是与温度(或物态)变化相联系的物理量热量的单位是“焦耳” 4. 三者的区别与联系 (1)温度与热量:温度是由物体自身状态决定的状态量,与热传递过程无关;热量则与热传递过程相联系所以,热量常与某段时间相联系,是一个过程量,而温度则与某一时刻相对应两者的联系是,物体吸收热量,温度升高(或不变),放出热量、温度下降(或不变) (2)内能与热量:内能是反映物体状态的物理量,它是能的一种形式,总与物体的某一状态相对应,是一个状态量。
热量是描述物体内能变化的过程量两者的联系是,物体吸热、内能增加物体放热、内能减小二、学习中应注意的几个问题 1. 温度高的物体,内能不一定大 大家知道,温度只反映物体的冷热程度,而内能除和温度有关外,还与物体内分子的多少及体积的大小等因素有关对同一物体,当其吸热升温时,既可使分子的动能增加,又可改变分子间的距离或排列方式,从而使分子势能增加所以,当物体吸热升温时,内能增大若两个物体的温度和体积均相同,则内含分子数多的物体所具有的内能大某一物体虽然温度较低,但因其内部的分子数多,内能也可能较大,另一个物体虽然温度较高,因其内部的分子数少,其内能也可能较小如正常发光的白炽灯,灯丝温度一般在2500℃左右,但灯丝的内能并不大因此,对于不同的物体,不能简单地用温度的高、低来比较内能的大小 2. 物体升温,不一定是由吸热引起的 物体吸热升温(或不变),内能一定增加,因做功和热传递对改变物体内能是等效的,故物体升温、内能增加,既有可能是因吸热引起、也有可能是因外界对物体做功引起的 3. 物体吸收热量,温度不一定升高 因温度只与物体内大量分子无规则运动的剧烈程度有关;而内能除与分子无规则运动的剧烈程度有关外,还与分子间的距离和排列方式等因素有关。
一般情况下,物体吸热后,可通过三种途径改变其内能: (1)使物体内大量分子无规则运动的剧烈程度增加此种情况一般发生在物体未达到其熔点之前此时,物体吸热升温,内能增加 (2)当晶体物质的温度达到熔点后,若其仍能继续吸热,则所吸收的热量将全部用于改变物体内分子间的距离或排列方式此时物体内分子的势能增加、动能不变所以,晶体在熔化的全过程中,要从外界吸收足够多的热量、内能增加,温度却保持不变 (3)对于非晶体,当其吸收热量后将分为两部分,一部分用于增加分子无规则运动的剧烈程度,使分子动能增加;另一部分则用于改变物体内分子间的距离与排列方式,从而使分子势能增加故非晶体物质吸收热量后,温度升高、内能增加 4. 计算热量时,要弄清相同量与不同量之间的关系,根据题意确定各量之间的联系 例题:50克煤油完全燃烧所放出的热量若全部被水吸收,能使多少水从20℃升高到100℃?(煤油的燃烧值为焦/千克) 分析和解:50克煤油完全燃烧放出的热量为焦/千克0.05千克=焦 因燃料燃烧放出的热量全部被水吸收,由可得水的质量为; 千克 说明:初中热学计算包括两类:一是燃料燃烧放热的计算;二是物体温度变化时吸、放热的计算。
对于前者,应在理解燃烧值物理意义的基础上,计算燃料燃烧放出的热量后者,应熟练掌握,不仅会直接应用公式计算热量,还应能够通过公式变形,计算c、m或△t。