内容介绍
第一，什么是内能
内能是物体中所有做随机运动的分子的动能和分子间由于相互作用产生的势能之和。
平均动能的宏观表现是温度，动能由分子数和温度决定；势能的宏观表现是体积；所以内能是由温度，体积，分子数量决定的。
U=Ek+Ep ①
内部能量变化的表达:
△U=△Ek+△Ep ②
内能既不是机械能，也不是核能。
第二，改变内能的方法
改变内能有两种方式:做功和传热。
△U=W+Q ③
工作
做功改变了一个物体的内能。当外界对物体做功时，物体的内能会增加，而当物体对外做功时，其内能会减少。
做功是能量转换的过程，通过做功来实现。比如物体自由落体时，重力确实对物体做功，将重力势能转化为动能。重力做功越多，物体的动能增加越多。再比如电水壶烧水，电流对电器做功，将电能转化为内能。
因此，对一个物体做功越多，物体的内能增加越多；相反，一个物体对外做功越多，它减少的内能就越多。
通过做功改变物体的内能，本质上是两种不同形式的能量通过做功相互转化，即机械能或其他形式的能量转化为内能。
做功和传热在改变物体的内能上是等价的，即改变物体的内能，既可以做功，也可以传热。对物体做功有四种常见方式:压缩体积、摩擦生热、撞击物体、弯曲物体。
2.传热
三种传热方式:
(1)热传导:热传导是介质中的一种传热现象，在固体、液体、气体中都可以发生，但严格来说，只有在固体中才是纯热传导。即使流体(气体和液体)静止时，由于温度梯度造成的密度差，也会发生自然对流。因此，对流和热传导在流体中同时发生。
(2)热对流:利用流体热胀冷缩和流动性的特点，以流体为媒介，在物体之间传递内部能量。热对流是通过液体或气体的流动将内部能量从温度较高的部分转移到温度较低的部分的过程。对流是液体或气体传热的主要方式，气体对流比液体更明显。对流可以分为两种:自然对流和强制对流。自然对流经常自然发生。
(3)热辐射:物体之间不需要任何介质，通过辐射和吸收对方的电磁波来达到温度平衡。热辐射是物体直接发出能量，不依赖介质传递给其他物体的过程。热辐射是远距离传输能量的主要方式。比如太阳能以热辐射的形式通过宇宙空传输到地球。当物体温度较低时，主要是5000的不可见红外光辐射。
热传递是通过三种方式实现的:热传导、热对流和热辐射。在实际的传热过程中，这三种方式往往不是分开进行的。
第三，气体方程
如果研究理想气体，气体变化也满足气体方程:
pv=nRT ④
第四，典型案例分析
理想气体无论分子力如何都没有分子势能，理想气体的内能是动能；绝热过程q = 0；True 空展开W=0。
U=Ek+Ep ①
△U=△Ek+△Ep ②
△U=W+Q ③
pv=nRT ④
应用上述四个公式，可以判断气体内能的变化。
示例1:如图所示，
一定质量的理想气体封闭在气缸内活塞的左侧(气缸和活塞都是绝缘的)，压力与大气压差不多。如果气缸和活塞固定，气缸内的气体上升到一定温度，气体吸收的热量为Q，内能的增加量为△U；如果活塞可以自由滑动(活塞和气缸之间没有摩擦，没有漏气)，同样的温度，气缸内气体的温度升高，它吸收的热量为Q，内能的增加量为△ U，那么(b)
A.Q₁>Q₂
B.Q₁ C.△U₁>△U₂ D.△U₁<△U₂ [分析] 同一水平温度上升，平均动能变化相等，不漏气，分子数不变，动能变化相等；理想气体，没有分子势能，势能变化为零。 △Ep=0 △U=△Ek+△Ep=△Ek 平均动能取决于温度，分子数差不多，动能温度差不多，动能变化也差不多。△Ek₁=△Ek,△U₁=△U₂。 第一种情况: △ u = w+q，气体的恒定体积变化w = 0，△ u = q。 第二种情况: △ u = w+q，气体膨胀，体积增大，w < 0，△ u = w+q， △U₁=△U₂,Q₁ 例2:导热筒开口向下，里面有理想气体。气缸中的活塞可以自由滑动，不会漏气。活塞下面挂着一个砂桶。当砂桶装满沙子时，活塞刚好停止。现在，在砂桶底部钻一个小孔，细沙就会慢慢漏出来，慢慢降低缸的外部环境温度。然后(b) A.随着气体压力的增加，内能可能保持不变。 B.外界对气体做功，气体温度降低。 C.当气体体积减小，压力增大时，内能就会减小。 D.当外界对气体做功时，气体的内能会增加到一定程度。 A.随着气体压力的增加，内能可能保持不变。 B.外界对气体做功，气体温度降低。 C.当气体体积减小，压力增大时，内能就会减小。 D.当外界对气体做功时，气体的内能会增加到一定程度。 示例3:如图所示， 活塞将一定质量的气体密封在直立的圆柱形导热筒内，活塞上堆积着细沙。活塞处于静止状态，现在细沙逐渐被带走，这个活塞慢慢上升，直到细沙全部被带走。如果活塞和气缸之间的摩擦力可以忽略不计，在这个过程(c)中 A.当气体对外做功时，气体的温度必然下降。 B.气体对外做功，内能就会减少。 C.当气体压力降低时，内能可能保持不变。 D.气体从外部吸收热量，内部能量会增加。 实施例4:如图所示， a和B是两个差不多的球，分别浸在差不多深度的水和水银中。球A和B由差不多的材料制成。当温度稍微升高时，球的体积会明显增大。如果一开始水和水银的温度差不多，两种液体的温度同时缓慢上升差不多的数值，膨胀后两个球的体积相等，那么(b)。 A.球吸收很多的热量。 B.b球吸收很多的热量。 两个球吸收差不多的热量。 D.无法确定 例5:具有一定质量的理想气体经历如图所示的三个变化过程:A→B，B→C，C→A，其中Ta = 300 K，气体从C→A做功100J，同时吸收250J。众所周知，气体的内能与温度成正比。 问: (1)气体处于状态C时的温度TC； (2)气体处于C态时，可以是Uc。 实施例6:如图所示， 将导热性好的气缸置于水平面上，忽略活塞与气缸壁之间的摩擦力。用一定质量的活塞将一定质量的气体密封在缸内，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化。现在圆柱体被慢慢地向下推。在这个过程(a)中 A.气体吸热，内能不变。 B.圆柱体中分子的平均动能增加。 每单位时间每单位面积撞击圆筒壁的分子数增加。 d，缸内分子撞击缸壁的平均力增大。 例7: (1)正确的说法是() A.两个系统接触时发生传热，内能相等时达到热平衡。 B.当两个分子之间的距离为R时，分子势能最小。 c当液面上部的蒸气达到饱和时，仍有液体分子飞出液面。 d单晶中的原子按照一定的规律周期性排列，原子还在晶格上。 (2)当具有一定质量的理想气体从A状态经历图中的B、C、D状态回到A状态时，从A变为B，气体的内能为_ _(填“增加”、“减少”或“不变”)；从D到A的过程中，气体_ _(填“吸收”或“释放”)热量。 (3)在(2)中，如果气态C的体积VC为44.8L，气态D的体积VD为22.4L，气态D的饱和度t为0℃。 ①求C状态下气体的温度； ②如果D态的压强是1个标准大气压，那么D态气体分子间的平均距离是多少？(结果保留一位有效数字) 例7:某同学估算室温的装置如图。用绝热活塞密封一定质量的理想气体，气缸具有良好的导热性。室温下，气体体积v = 66 ml，圆柱体放入冰水混合物中后，密封气体体积v = 60 ml。排除活塞重力和活塞与气缸壁之间的摩擦力，室内大气压p = 1.0× 10 Pa，Avon Gadereau常数na = 6.0×10pa。 (1)室温是多少； (2)若已知气体在1.0×10⁵Pa和0℃时的摩尔体积为22.4L/mol，求缸内气体分子数n；(计算结果保留两位有效数字) (3)如果已知气体的内能u和温度t满足u = 0.03t (j)，则气体在上述过程中释放的热量为Q . 实施例8:如图所示， 具有一定质量的理想气体将通过ab过程到达状态B或通过ac过程到达状态C。设气体在状态B和状态C的温度分别为Tb和Tc，过程ab和ac吸收的热量分别为Qab和Qac。 A.Tb>Tc，Qab>Qac B.Tb>Tc，Qab C.Tb=Tc，Qab>Qac D.Tb=Tc，Qab 实施例9:如图所示， 密封隔热容器内有一定质量的隔热活塞。活塞上部用气体密封，下部是真空。活塞和壁之间的摩擦力可以忽略不计。置于true 空中的轻弹簧一端固定在容器底部，另一端固定在活塞上。弹簧压缩到底后，用绳子绑住。此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧在其自然长度时弹性势能为零) A.Ep完全转化为气体的内能。 B.Ep的B部分转化为活塞的重力势能，剩下的还是弹簧的弹性势能。 C.Ep完全转化为活塞的重力势能和气体的内能。 D.Ep的D部分转化为活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，剩下的还是弹簧的弹性势能。
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