2013年環(huán)保工程師專業(yè)知識復(fù)習(xí)之物理污染控制3

　　內(nèi)能

　　從微觀上說，內(nèi)能一般主要包括系統(tǒng)內(nèi)所有分子的動能、分子間的相互作用勢能、電子能和核內(nèi)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(nèi)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(xué)反應(yīng)時電子能將大幅變化，此時內(nèi)能中必須考慮電子能的貢獻(xiàn)。核內(nèi)部粒子間的相互作用能僅在發(fā)生核反應(yīng)時才會變化，因此絕大多數(shù)情形下，都不需要考慮這一部分的能量。內(nèi)能的絕對量(主要是其中的核內(nèi)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(nèi)能我們常常關(guān)心的是其變化量。

　　拋開物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，從宏觀上說，內(nèi)能是一種與系統(tǒng)在絕熱條件下做功量相聯(lián)系的，描述系統(tǒng)本身能量的狀態(tài)函數(shù)。在宏觀定義中，內(nèi)能是一個相對值。

　　對于一定量物質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)，通過做功、熱傳遞與外界交換能量，引起系統(tǒng)狀態(tài)變化，而導(dǎo)致內(nèi)能改變，其間的關(guān)系由熱力學(xué)第一定律給出。

　　內(nèi)能是物體、系統(tǒng)的一種固有屬性，即一切物體或系統(tǒng)都具有內(nèi)能，不依賴于外界是否存在、外界是否對系統(tǒng)有影響。

　　內(nèi)能是一種廣延量(或曰容量性質(zhì))，即內(nèi)能的大小與物質(zhì)的數(shù)量(物質(zhì)量或質(zhì)量)成正比。

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

　　當(dāng)系統(tǒng)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(nèi)能的變化量僅取決于變化前后的系統(tǒng)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(jīng)歷了怎樣曲折的過程(例如是經(jīng)歷一個等溫過程、等壓過程還是一個任意過程)完全無關(guān)。內(nèi)能的這一性質(zhì)和功、熱量有著本質(zhì)的區(qū)別。

　　內(nèi)能的概念建立在焦耳等人大量精密的熱功當(dāng)量實驗的基礎(chǔ)之上。能量和內(nèi)能概念的建立標(biāo)志著能量轉(zhuǎn)化與守恒定律(即熱力學(xué)第一定律)的真正確立。

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

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