內能、熱機
一、內能
1、內能
（1）概念：物體內部所有分子做無規則熱運動的動能和分子勢能的總和，叫物體的內能。
①內能是指物體內部所有分子做無規則熱運動的動能和分子勢能的總和，不是指少數分子或單個分子所具有的能。
②內能與溫度有關，但不僅僅與溫度有關，從微觀角度來說，內能與物體內部分子的熱運動和分子間的相互作用力有關。從宏觀的角度來說，內能與物體的質量、溫度、體積都有關。
③一切物體在任何情況下都具有內能，物體的內能與溫度有關，同一個物體，溫度升高，它的內能增加，溫度降低，內能減少。
（2）影響內能的主要因素：物體的質量、溫度、狀態及體積等。
（3）熱運動：物體內部大量分子的無規則運動叫做熱運動。分子無規則運動的速度與溫度有關，溫度越高，分子無規則運動的速度就越快，物體的溫度越低，分子無規則運動的速度就越慢。內能也常叫做熱能。
（4）內能與機械能的區別
①物體的內能的多少與物體的溫度、體積、質量和物體狀態有關；而機械能與物體的質量、速度、高度、形變有關。它們是兩種不同形式的能。
②一切物體都具有內能，但有些物體可以說沒有機械能，比如靜止在地面土的物體。
③內能和機械能可以通過做功相互轉化。
④內能的單位與機械能的單位是一樣的，國際單位制都是焦耳，簡稱焦。用J表示。
2、改變物體內能的兩種方法：做功與熱傳遞
（1）做功：
①對物體做功，物體內能增加；物體對外做功，物體的內能減少。
②做功改變物體的內能實質是內能與其他形式的能相互轉化的過程。
（2）熱傳遞：
①熱傳遞的條件：物體之間（或同一物體不同部分）存在溫度差。
②物體吸收熱量，物體內能增加；物體放出熱量，物體的內能減少。
③用熱傳遞的方法改變物體的內能實質是內能從一個物體轉移到另一個物體或從物體的一部分轉移到另一部分。
3、做功與熱傳遞改變物體的內能是等效的。
4、熱量
（1）概念：物體通過熱傳遞的方式所改變的內能叫熱量。
（2）熱量是一個過程量。熱量反映了熱傳遞過程中，內能轉移的多少，是一個過程量。所以在熱量前面只能用“放出”或“吸收”，絕對不能說某物體含有多少熱量，也不能說某物體的熱量是多少。
（3）熱量的國際單位制單位：焦耳（J）。
二、比熱容
1、比熱容的概念：單位質量的某種物質溫度升高（或者降低）1℃吸收（或者放出）的熱量叫做這種物質的比熱容，簡稱比熱。用符號c表示比熱容。
2、比熱容的單位：在國際單位制中，比熱容的單位是焦每千克攝氏度，符號是J/（kg·℃）。
3、比熱容的物理意義
（1）比熱容是通過比較單位質量的某種物質溫度升高1℃時吸收的熱量，用來表示各種物質的不同性質。
（2）水的比熱容是4、2×103J/（kg·℃）。它的物理意義是：1千克水溫度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的熱量是4、2×103J。
4、比熱容表
（1）比熱容是物質的一種特性，各種物質都有自己的比熱。
（2）從比熱表中還可以看出，各物質中，水的比熱容最大。這就意味著，在同樣受熱或冷卻的情況下，水的溫度變化要小些。水的這個特征對氣候的影響，很大。在受太陽照射條件相同時，白天沿海地區比內陸地區溫度升高的慢，夜晚沿海地區溫度降低也少。所以一天之中，沿海地區溫度變化小，內陸地區溫度變化大。在一年之中，夏季內陸比沿海炎熱，冬季內陸比沿海寒冷。
（3）水比熱容大的特點，在生產、生活中也經常利用。如汽車發動機、發電機等機器，在工作時要發熱，通常要用循環流動的水來冷卻。冬季也常用熱水取暖。
5、說明
（1）比熱容是物質的特性之一，所以某種物質的比熱不會因為物質吸收或放出熱量的多少而改變，也不會因為質量的多少或溫度變化的多少而改變。
（2）同種物質在同一狀態下，比熱是一個不變的定值。
（3）物質的狀態改變了，比熱容隨之改變。如水變成冰。
（4）不同物質的比熱容一般不同。
6、熱量的計算：Q=cmΔt。式中，Δt叫做溫度的變化量。它等于熱傳遞過程中末溫度與初溫度之差。
注意：①物體溫度升高到（或降低到）與溫度升高了（或降低了）的意義是不相同的。比如：水溫度從lO℃升高到30℃，溫度的變化量是Δt= =30℃-lO℃=2O℃，物體溫度升高了20℃，溫度的變化量Δt =20℃。②熱量Q不能理解為物體在末溫度時的熱量與初溫度時的熱量之差。因為計算物體在某一溫度下所具有的熱量是沒有意義的。正確的理解是熱量Q是末溫度時的物體的內能與初溫度時物體的內能之差。
三、熱機
1、內燃機及其工作原理：將燃料的化學能通過燃燒轉化為內能，又通過做功，把內能轉化為機械能。按燃燒燃料的不同，內燃機可分為汽油機、柴油機等。
（1）汽油機和柴油機都是一個工作循環為四個沖程即吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程的熱機。
（2）一個工作循環中只對外做一次功，曲軸轉2周，飛輪轉2圈，活塞往返2次。
（3）壓縮沖程是對氣體壓縮做功，氣體內能增加，這時機械能轉化為內能。
（4）做功沖程是氣體對外做功，內能減少，這時內能轉化為機械能。
（5）汽油機和柴油機工作的四個沖程中，只有做功沖程是燃氣對活塞做功，其它三個沖程要靠飛輪的慣性完成。
（6）判斷汽油機和柴油機工作屬哪個沖程應抓住兩點：一是氣閥門的開與關；二是活塞的運動方向。
沖程的名稱 氣門開、關情況 活塞的運動方向 能量的轉化情況
吸氣沖程 只有一個氣門（吸氣門）打開 向下運動
壓縮沖程 兩個氣門都關閉 向上運動 機械能轉化成內能
做功沖程 兩個氣門都關閉 向下運動 內能轉化成機械能
排氣沖程 只有一個氣門（排氣門）打開 向上運動
（7）汽油機和柴油機的不同處
項目 構造 吸入氣缸的物質 點燃方式
效率汽油機 氣缸頂部有一個火花塞 空氣和汽油混合物點燃式 效率較低
柴油機 氣缸頂部有一個噴油嘴 空氣 壓燃式 效率較高
2、燃料的熱值
（1）燃料燃燒過程中的能量轉化：目前人類使用的能量絕大部分是從化石燃料的燃燒中獲得的內能，燃料燃燒時釋放出大量的熱量。燃料燃燒是一種化學反應，燃燒過程中，儲存在燃料中的化學能被釋放，物體的化學能轉化為周圍物體的內能。
（2）燃料的熱值
①定義：lkg某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。用符號“q”表示。
②熱值的單位J/kg，讀作焦耳每千克。還要注意，氣體燃料有時使用J/m3，讀作焦耳每立方米。
③熱值是為了表示相同質量的不同燃料在燃燒時放出熱量不同而引人的物理量。它反映了燃料通過燃燒放出熱量本領大小不同的燃燒特性。不同燃料的熱值一般是不同的，同種燃料的熱值是一定的，它與燃料的質量、體積、放出熱量多少無關。
（3）在學習熱值的概念時，應注意以下幾點：
①“完全燃燒”是指燃料全部燃燒變成另一種物質。
②強調所取燃料的質量為“lkg”，要比較不同燃料燃燒本領的不同，就必須在燃燒質量和燃燒程度完全相同的條件下進行比較。
③“某種燃料”強調了熱值是針對燃料的特性與燃料的種類有關。
④燃料燃燒放出的熱量的計算：一定質量m的燃料完全燃燒，所放出的熱量為：Q=qm，式中，q表示燃料的熱值，單位是J/kg； m表示燃料的質量，單位是kg；Q表示燃料燃燒放出的熱量，單位是J。
5若燃料是氣體燃料，一定體積V的燃料完全燃燒，所放出的熱量為：Q=qV。式中，q表示燃料的熱值，單位是J/m3；V表示燃料的體積，單位是m3；Q表示燃料燃燒放出的熱量，單位是J。
3、熱機效率
燃料的 化學能E
（1）熱機的能量流圖：如右圖所示是熱機的能量流圖：由圖可見，真正能轉變為對外做的有用功的能量只是燃料燃燒時所釋放能量的一部分。
（2）定義：熱機轉變為有用功的能量與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值，稱為熱機效率。
（3）公式：η=E有/Q×100%。式中，E有為做有用功的能量；Q總為燃料完全燃燒釋放的能量。
（4）提高熱機效率的主要途徑
①改善燃燒環境，使燃料盡可能完全燃燒，提高燃料的燃燒效率。
②盡量減小各種熱散失。
③減小各部件間的摩擦以減小因克服摩擦做功而消耗的能量。
④充分利用廢氣帶走的能量，從而提高燃料的利用率。
四、能量的轉化與守恒
1、能量的轉化與守恒
（1）能量及其存在的形式：如果一個物體能對別的物體做功，我們就說這個物體具有能。自然界有多種形式的能量，如機械能、內能、光能、電能、化學能、核能等。
（2）能量的轉移與轉化：能量可以從一個物體轉移到另一個物體，如發生碰撞或熱傳遞時；也可以從一種形式轉化為另一種形式，如太陽能電池、發電機等。
（3）能量守恒定律：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移的過程中，能的總量保持不變。
2、能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天體，小到原子核，也無論是物理學問題還是化學、生物學、地理學、天文學的問題，所有能量轉化的過程，都遵從能量守恒定律。
3、“第一類永動機”永遠不可能實現，因為它違背了能量守恒定律。
