。.物體的溫度不變時,其內能是否改變?
溫度越高,物體內部分子的熱運動越劇烈,物體的內能就越大。所以學生容易產生“物體的溫度不變,內能也就保持不變”的錯誤認識。物體的內能是由物體的溫度、物態、體積等因素共同決定的,只要其中一個因素改變時,就會引起內能的改變。物體的溫度變化,內能一定變化。物體的溫度不變,內能可以不變,也可以增加,還可以減小。例如,晶體在熔化過程中,吸收熱量,溫度保持不變,內能增加;相反在凝固過程中,放出熱量,溫度保持不變,內能減小。所以物體在只有溫度改變時,其內能一定會改變;但物體的內能改變時,其溫度卻不一定改變。任何溫度下的物體的分子都在不停地做無規則運動,它們都有內能,不要認為低溫物體沒有內能。
2.做功或熱傳遞時,內能一定發生改變嗎?
做功和熱傳遞對于改變物體的內能是等效的,在解決具體問題時往往會顧此失彼。例如,認為“物體吸收熱量內能一定增加,物體對外做功內能一定減小”等。因為熱傳遞是物體間內能的轉移,所以在沒有做功參與的情況下,物體吸收熱量內能一定增加,放出熱量內能一定減。蛔龉Φ倪^程也是能量轉化的過程,在沒有熱傳遞參與的情況下,外界對物體做功,物體的內能不一定增加,即機械能不一定轉化為內能。例如,用力提起物體,對物體做功使得物體的機械能增加,而內能本身沒有變化。如果是做功使物體內能發生變化,則外界對物體做功會使物體的內能增加,這是其他形式的能轉化成內能;若是物體對外界做功則內能減小,是內能轉化成了其他形式的能。例如用活塞壓縮空氣,就是活塞運動的機械能轉化為空氣內能;摩擦生熱是機械能轉化為內能;壓縮空氣推動活塞而做功,就是空氣的內能轉化為活塞運動的機械能。
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這個認識是錯誤的。熱量和內能是兩個不同的物理量,內能是物體的狀態量,它是物體在某一狀態某一時刻所具有的一種能量;熱量是過程量,它是在某一段過程中物體之間發生熱交換的那一部分能量,是物體在熱傳遞的過程中其內能改變量的量度,只有在熱傳遞的過程中才有意義。在只發生熱傳遞的過程中,物體吸收(放出)多少熱量,其內能就增加(減少)多少.熱量不屬于哪一個物體,它量度的是流通量、交換量。說某一物體具有多少熱量,就如同說某一物體具有多少功一樣不正確。
4.物體的運動速度越大,它的內能就越大嗎?
這個認識也是錯誤的,這是由于沒有把宏觀和微觀區分開的緣故。物體宏觀的機械運動情況決定物體的機械能,物體微觀的分子熱運動和分子間的相互作用決定物體的內能。物體的內能大小與物體內部分子的熱運動以及分子間的相互作用情況有關,是物體能量的微觀表現,這種無規則運動是分子在物體內部自身不停地運動,而不是隨著物體整體一起所做的運動。物體的機械能則與整個物體的機械運動情況及相對位置有關,是物體能量的宏觀表現,兩者涉及的范疇不同,所以物體的運動速度和它的內能沒有直接的關系。物體的內能在任何情況下都不會為零,而物體的機械能可以相對為零。例如,拋到空中的球,離開地面,具有重力勢能;它在空中飛行,具有動能;球內部的分子做無規則熱運動,而且分子之間有相互作用,因此球還具有內能。
5.物體的內能和機械能都能計算嗎?
物體的內能是無法確定或者說無法計算(測試)出來的,只有當物體的狀態發生變化時內能的變化量才可以通過做功或熱傳遞來衡量,而一個物體的機械能在其狀態確定時就對應有一個確定的值。
6.內能可以全部轉化為機械能嗎?
機械能可以全部轉化為內能,如具有一定初速度的物體在粗糙水平面上滑行一段距離后停下來,損失的機械能全部轉化為內能(以該水平面為零勢面);反過來,要實現內能向機械能的轉化需通過一定的機械設備才能實施,任何一種機械的效率都不可能達到100%,即內能可以轉化為機械能但不能100%的轉化為機械能。
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