内能
我们知道,运动的物体具有动能,运动的分子 也同样具有动能(图13.2-1)。构成物质的分子在不停地做热运动,温度越高,分子热运动的速度越大,它们的动能也就越大。除此之外,由于分子之间存在类似弹簧形变时的相互作用力,所以分子也具有势能,这种势能叫做分子势能(图13.2-2)。 构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和,叫做物体的内能(internal energy)。 内能的单位是焦耳(J),各种形式能量的单位都是焦耳。
内能是不同于机械能的另一种形式的能。
一切物体,不论温度高低,都具有内能。炙热的铁水具有内能;冰冷的冰块,温度虽然低, 其中的水分子仍然在做热运动,所以也具有内能 (图13.2-3)。物体温度降低时内能减少,温度升高时内能增加。
物体内能的改变
如果把烧热的工件放到冷水中,工件会凉下来, 而冷水会变热,这是因为在此过程中发生了热传递。 发生热传递时,高温物体内能减少,低温物体内能增加。热传递可以改变物体的内能。 在热传递过程中,传递能量的多少叫做热量 (quantity of heat),热量的单位也是焦耳。物体吸 收热量时内能增加,放出热量时内能减少。
图13.2-4所示的情形说明摩擦可以产生热,这部分内能是哪里来的呢?是物体克服摩擦力做功而来的。
演示 :
1. 如图13.2-5甲,在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉,把活塞迅速压下去,观察发生的现象。
2. 如图13.2-5乙,烧瓶(或可乐瓶)内盛少量水。 给瓶内打气,当瓶塞跳出时,观察瓶内的变化。 在上述实验中,通过什么途径改变了玻璃筒和烧瓶内空气的内能?
图13.2-5甲,棉花燃烧起来,是因为活塞压缩气体做功,使空气的内能增大,温度升高,达到硝化棉的燃点。
图13.2-5乙,瓶内水上方存在着无色透明、无法看到的水蒸气;当塞子跳起来时,可以看到瓶内出现白雾,说明水蒸气液化成了可以看到的小水滴。在这个过程中,气体膨胀对外做功, 温度降低,内能减小。 由此可见,做功也可以改变物体的内能。
地球的温室效应
太阳通过热辐射把能量输送到地面,温暖了地球,养育了万物。 地表受热后,也会产生热辐射,向外传递热量。由于地球表面有一层大气层,大气中的二氧化碳气体会减弱这种向外的热辐射,因此地表的温度会维持在一个相对稳定的水平。这就是温室效应。适度的温室效应是维持地球上生命生存环境的必要保证。 大气层中的大部分二氧化碳是自然产生的,然而现代工业大量燃烧煤炭和石油, 产生了更多的二氧化碳;另外,由于人类大量砍伐森林,削弱了植物因光合作用对二 氧化碳的消耗。这些都加剧了地球的温室效应。这是近年来全球气候变暖的重要原因。
如果地球表面的温度过高,将会导致两极的冰雪融化,使得海平面上升,淹没城市,大片良田盐碱化。温度的升高还会影响全球气候,使得一些地区暴雨成灾,而另外一些地区干旱少雨,促使土地荒漠化。