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第 7 章　热学知识 第 7 章　热学知识 §7.1　分子动理论 §7.2　物体的内能 §7.3　热力学第一定律 §7.4　固体　液体 一、物体是由大量分子组成的 我们在初中已经学过，物体是由大量分子组成的。据估算，1 cm3的空气中有1022 ～ 1023 个分子，这可是一个惊人的数字。 实验表明，若把分子看成球形，它的直径大约是10-10m。可见，分子是极其微小的。不但用肉眼无法直接看到它们，就是用高倍光学显微镜也看不到。 §7.1　分子动理论 二、分子的热运动 实验表明，不同物质相互接触时，能够彼此进入对方。物理学中，把这种现象叫作扩散。 实验表明，悬浮微粒在不停地做无规则运动，这是1827 年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现的。于是，人们就把悬浮微粒的这种运动叫作布朗运动。 上述扩散现象和布朗运动实验表明，一切物质的分子都在一刻不停地做无规则运动，温度越高，运动越剧烈。 我们把这种运动叫作热运动。 三、分子间的相互作用力 物体是由分子组成的，分子在永不停息地做无规则热运动，这说明分子间是有间隙的。 研究表明，分子间同时存在吸引力和排斥力，它们的大小都与分子间的距离有关。 当分子间距离较小时，排斥力大于吸引力，对外表现为斥力；当分子间距离较大时，吸引力大于排斥力，对外表现为引力；当分子间距离恰当时，吸引力等于排斥力，对外表现为分子力为零。 分子不停地做无规则运动并发生相互作用，决定着物质的三种基本形态：固态、液态和气态。 四、分子动理论 物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在引力和斥力。 §7.2　物体的内能 一、分子动能　温度 物体中分子运动速率有大有小，因此，各个分子的动能也不相同。但是在热现象研究中，我们所关注的是物体里所有分子的动能平均值，这个平均值叫作分子的平均动能。温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能就越大。实际上，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。 要确定物体的温度高低，必须有一个标准，即温标。常见的温标有两种：摄氏温标和热力学温标。 摄氏温度用t 表示，单位是℃（摄氏度）；热力学温度用T 表示，单位是K（开尔文），它是国际单位制中的七个基本量之一。 热力学温度和摄氏温度之间的数量关系是 T=t+273 例如，摄氏温度为t=0℃，用热力学温度表示为T=273 K；热力学温度为T=0 K，用摄氏温度表示为t=-273℃。 二、分子势能 除了动能，分子间也存在势能。分子间存在相互作用力，从而具有与其相对位置有关的能量，即分子势能。物体体积改变时，分子间距离改变，分子势能也发生改变。可见，分子势能与物体体积有关。 三、内能 分子具有动能和势能，我们把物体中所有分子的动能和势能的总和叫作物体的内能。 一切物体都是由做无规则热运动且相互作用的分子组成，因此任何物体都具有内能。 由于分子平均动能与温度有关，分子势能与体积有关，因此，物体内能与温度和体积都有关系。 温度升高时，分子动能增加，物体内能也增加。体积变化时，分子势能发生变化，物体内能也发生变化。 §7.3　热力学第一定律 一、改变内能的两种方式 做功能够改变物体的内能。 热传递是改变物体内能的又一种方式。 二、热力学第一定律 设外界对物体做功为W，外界传递给物体的热量为Q，物体内能的改变量为ΔU，则 ΔU=Q+W 上式可表述为：物体内能的改变量等于外界传递给物体的热量和外界对物体做功的和。 这一关于做功、热量及内能三者关系的表述就是热力学第一定律。 若外界对物体做功，W0，W 取正号；物体对外界做功，W0，W 取负号。 若物体从外界吸热，Q0，Q 取正号；物体向外界放热，Q0，Q取负号。 若物体内能增加，ΔU0，ΔU 取正号；物体内能减小，ΔU0，ΔU 取负号。 三、能量守恒定律 热力学第一定律告诉我们，做功和热传递提供给物体多少能量，物体内能就增加多少，能量在转化过程中守恒。 除了机械能，其他形式的能也可以与内能相互转化。例如通电后导线发热，电能转化成热能。干电池供电时，化学能转化成电能，电能转化成热能等其他形式的能。 大量事实证明，各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。在转化或转移过程中，其总量不变。这就是能量守恒定律。 §7.4　固体　液体 一、晶体　非晶体 固体可分为晶体和非晶体两类。常见的固态物质中，石英、云母、食盐、糖、味精等都是晶体，玻璃、松香、橡胶、沥青等都是非晶体。 晶体具有规则的几何形状。如图所示，食盐晶体为立方体，石英晶体中部呈六棱柱，两头呈六棱锥，明矾晶体为正八面体。 实验结果显示，熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃上呈圆形。 上述实验现象表明，云母在不同方向上的导