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能量守恒定律的新运用

1年前
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平常人们所说“把水加热”或“热水壶会烫着你”,这些家常话的意思是,水里存储着热。其实,这个认识在物理学上来说是错误的。我们知道,水里有的只是内能,它有两种作用,即做功或传热,它能够改变一个物体的状态。所以,加热能够改变物体的内能。

试想,当我们把手放到热水里的时候,水的内能和手的内能各发生了怎样的变化?水的内能减少了,手的内能增加了。如果我们的手在水里保持静止不动,就表示没有做功。然而手却变得暖和了。我们所说的“加热”,就是内能从水转移到手上的一种简化说明。

热,是借助原子或分子的作用而实现内能的流动。当内能从一个位置流到另一个位置而没有功随之产生时,那么,这个过程可以叫做“热的传递”,或者简称“加热”。

如果有人认为热存储在热物体内,那就错了。物体内部并没有存储热,而只有大量的内能。

做功提高了物体的内能,此时我们可以觉察出物体的温度升高了。热也是通过提高物体的温度来增加物体内能的。

功和热都具有传递能量的作用。能量传递就是把能量从一个物体向另一个物体传输,在能量传递完成后,功和热就不再具有什么意义,但物体的内能发生了变化。热力学第一定律就说明了这一问题。

热力学第一定律是:物体内能的改变,是做功和传热的结果。

热力学第一定律可以认为是能量守恒的一种表达方式。我们是在能量守恒的条件下,来考虑内能和做功以及热的传递这两种作用之间的关系。上述三个量值是有关联的。我们不能改变他们当中的两个而不影响到第三个。热力学第一定律就叙述了内能、功和热之间的关系。

热力学第一定律也可用下面的公式来表示:

[图片]

式中“ΔU”代表内能变化量,“W”表示外界对物体做的功,“Q”表示外界传递给物体的热。

热力学第一定律通俗一点来解释就是:如果对一个物体做功,并把热传递给该物体,那么,该物体的内能必然增大。

【科学小链接】

内能

对一个物体做功或向一个物体传热,这两种过程的效果都会提高该物体的能量。但是,通过向一个物体传热而提高该物体能量的结果,是使物体的温度升高,而不是使该物体的位置和速率有变化。这样,人们就引进了一种新的区别于动能和势能的能量,我们称它为“内能”。

 

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