■控江初级中学物理教师 刘永红
我们的身体每时每刻都会发出热,同学之间经常会问:“我们身体含有多少热量?”其实,这个说法是不对的。为什么这样的说法是不对的呢?这就得弄清楚什么是内能(热能)、什么是温度、什么是热量等问题。
物理学表明:内能是指物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。一切物体都具有机械运动,也不管它是否发生弹性形变和相对地面的高度如何,它内部的分子都在做无规则运动,分子间都存在相互作用。
内能是不同于机械能的另一种形式的能,而物体的机械能是不包括内能的。
温度在宏观上是指物体的冷热程度,而从分子运动论观点来看,温度反映的是物体内部大量分子做无规则运动的剧烈程度。一个物体的温度越高,说明该物体内部的分子运动得越剧烈。研究表明,物体的内能跟物体的温度有关,温度越高,物体内部分子无规则运动越剧烈(人们常把物体内部大量分子的无规则运动叫做“热运动”,内能常叫做热能)。物体内部分子无规则运动的动能越大,物体的内能就越大。但要特别注意,物体温度的高低不能完全决定物体内能的多少。物体内能改变时,其温度可能改变(升高或降低),也可能不改变(如某些物态变化过程)。
热量是指在热传递过程中传递的能量的多少,它总跟物体的一个变化过程(温度变化过程或物态变化过程等)相联系,离开了热传递过程谈热量是毫无意义的,所以,说“一个物体含有多少热量”是不对的。
【例1】 下列物理名词或术语中都含有“热”字,但含义各不相同,恰当地选择各物理名词或术语的代号填入下面的空白处:
A.摩擦生热 B.热胀冷缩
C.今天天气很热 D.热平衡 E.热现象(1)表示温度高的是______;
(2)表示温度升高的是______;(3)表示热最的是______;(4)表示热运动的是______;(5)表示内能的是______。
【解析】 在摩擦生热现象中,机械能转化为内能,使物体的内能增加,故摩擦生热中的“热”字的含义是“内能”;热胀冷缩现象是指物体的温度升高时体积膨胀,物体的温度降低时体积收缩的现象,故热胀冷缩中的“热”字的含义是“温度升高”;今天天气很热,意思是说“今天的气温很高”,故这里的“热”字表示“温度高”;热平衡是指高温物体放出热量被低温物体吸收,高温物体温度降低,低温物体温度升高,最终达到共同温度,在此过程中,高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,故热平衡中的“热”字表示“热量”;热现象是指物体内大量分子无规则运动所产生的宏观现象,故热现象中的“热”字表示“热运动”,即物体内部大量分子的无规则运动。
【例2】 关于内能、温度、热量的说法中,正确的是( )。A.物体温度升高,它具有的内能增加B.物体温度越高,它含有的热量越多C.物体温度降低,它一定放出了热量D.物体放出热量,它的温度一定降低
【解析】 一个物体的温度的高低与该物体具有的内能的多少密切相关,一个物体的温度升高,它的分子运动加剧,它的内能就增加;反之,它的温度降低,分子运动变慢,内能就减少,可见选项A正确。热量是与热传递过程相联系的物理量,不发生热传递来谈热量则无意义;另外,只能说“放出”或“吸收”热量,而不能说“含有”热量,因此选项B错误。放出热量(热传递)可使物体温度降低,做功也可使物体温度降低(如气体膨胀对外做功,气体温度降低),所以选项C错误。对一个物体而言,若在同一物态下,物体放热(吸热),温度就降低(升高),但在物态变化过程中,物体(晶体)吸热(如熔化过程)或放热(如凝固过程)其温度不变,故D错误。