2013年環(huán)保工程師專業(yè)知識復習之物理污染控制3

　　內能

　　從微觀上說，內能一般主要包括系統內所有分子的動能、分子間的相互作用勢能、電子能和核內部粒子間的相互作用能等。前兩項又可總稱為分子熱運動能，就是我們通常所說的“內能”。后面兩項在大多物理過程中不變，因此一般只需要考慮前兩項。但在涉及電子的激發(fā)、電離的物理過程中或發(fā)生化學反應時電子能將大幅變化，此時內能中必須考慮電子能的貢獻。核內部粒子間的相互作用能僅在發(fā)生核反應時才會變化，因此絕大多數情形下，都不需要考慮這一部分的能量。內能的絕對量(主要是其中的核內部能量部分)目前還不完全清楚，但不影響我們解決一般問題，對于內能我們常常關心的是其變化量。

　　拋開物體內部的結構細節(jié)，從宏觀上說，內能是一種與系統在絕熱條件下做功量相聯系的，描述系統本身能量的狀態(tài)函數。在宏觀定義中，內能是一個相對值。

　　對于一定量物質構成的系統，通過做功、熱傳遞與外界交換能量，引起系統狀態(tài)變化，而導致內能改變，其間的關系由熱力學第一定律給出。

　　內能是物體、系統的一種固有屬性，即一切物體或系統都具有內能，不依賴于外界是否存在、外界是否對系統有影響。

　　內能是一種廣延量(或曰容量性質)，即內能的大小與物質的數量(物質量或質量)成正比。

　　內能是系統的一種狀態(tài)函數(簡稱態(tài)函數)，即內能可以表達為系統的某些狀態(tài)參量(例如壓強、體積等)的某種特定的函數，函數的具體形式取決于具體的物質系統(具體地說，取決于物態(tài)方程)。當系統處于某一平衡態(tài)時，系統的一切狀態(tài)參量將取得定值，內能作為這些狀態(tài)參量的特定函數也將取得定值(盡管我們目前還不很清楚它的絕對數值是多少)。

　　當系統發(fā)生某一變化，從原先的平衡態(tài)過渡到另一個新的平衡態(tài)時，內能的變化量僅取決于變化前后的系統狀態(tài)，而與這個變化是如何發(fā)生的(例如變化的快慢)以及變化經歷了怎樣曲折的過程(例如是經歷一個等溫過程、等壓過程還是一個任意過程)完全無關。內能的這一性質和功、熱量有著本質的區(qū)別。

　　內能的概念建立在焦耳等人大量精密的熱功當量實驗的基礎之上。能量和內能概念的建立標志著能量轉化與守恒定律(即熱力學第一定律)的真正確立。

　　正如重力對一定質量物體做功的大小與物體下降的路徑無關，僅與物體下降前后的垂直位置有關，焦耳的實驗證明系統在絕熱條件下的做功量與系統經歷的具體過程無關，僅與系統做功前后的狀態(tài)有關。從前一現象人們提出了重力勢能的概念，將過程量功表達為僅取決于高度的勢能函數在不同高度的函數值之差。類似可以定義一個僅取決于系統狀態(tài)的函數，將過程量絕熱功表為該函數在不同狀態(tài)的函數值之差。這個被定義的函數，就稱為內能。

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