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物体的内能决定因素为分子数目,温度,体积 内能与它们三个之间对应是如何变化的,为什么?要详解

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/05 13:51:45
物体的内能决定因素为分子数目,温度,体积 内能与它们三个之间对应是如何变化的,为什么?要详解
楼上大意正确,不过不准确之处甚多,作些修正.
先说分子数,如果同种物质,相同温度体积(或相同温度压强)则内能正比于分子数(或物质的量或质量).非同种物质,即便相同温度体积,内能与分子数间也不存在明确的关系.
同种物质,相同体积相同分子数,则温度越高内能越大,但未必成正比(仅理想气体近似成正比).非同种物质,即便相同体积相同分子数,内能与温度间也不存在明确关系.
同种物质,相同分子数,相同温度,内能与体积不存在明确关系(但一定量理想气体内能与体积无关),非同种物质更无法比较.
由上可见,这些量之间的关系还是比较复杂的.上面只说了结论,其中道理如有不明欢迎追问.
再问: 0摄氏度的水变成0摄氏度的冰, 水放出热量变成了冰,即水的内能比冰大, 那为什么0度的水放出热量以后还是0度呢? 不是温度降低内能减小么?
再答: 内能是物质中所有分子无规运动动能和势能的总和,内能减小,并不意味着无规运动动能一定减小,也可能是分子间相互作用势能减小。水变冰的过程正是这样,过程中分子间平均势能减小,而动能不变。而温度正比于分子平均动能,故温度不变。下面进一步说明该过程中,为何势能减小,动能不变,为叙说和理解的方便,这里以冰变水的过程进行讨论(该过程中势能增加,动能不变)。 水分子间存在较强的取向力和氢键作用力,它们都具有显著的方向性。对于氢键(取向力情况类似),当两个分子的羟基方向合适(最理想的是O-H....O在一条直线上)的时候氢键引力较大,方向不太合适的时候氢键引力较小,不合适的时候基本不存在氢键作用。 在冰中所有水分子都通过方向合适的氢键和取向力与其他水分子结合(一个水分子同时以四个氢键同邻近的水分子结合),形成具有较大孔隙的网络结构(六个水分子中间存在一个较大的孔隙),参见http://baike.baidu.com/albums/2820/2820.html#0$814b07d83326b81733fa1c1f)。 当冰受热(外界温度至少略大于零度,标准大气压下)的时候,冰表面的分子在受热后的瞬间平均动能增大,分子就相对容易克服取向力和氢键力离开原先的平衡位置(原先的位置是引力最大的位置,并且平均而言保持与斥力平衡),此时分子间引力作用变弱,斥力作用相对增强,分子间作用能增大,也即这些分子吸热获得的额外动能即刻被转化为分子间作用能,而保持分子动能不变(倘若额外动能只有部分变成分子间作用能,即额外动能还有剩余,那么该分子将会和周围分子进一步作用,使周围冰分子动能增大,使之脱离平衡位置,动能又被消耗变成分子间作用能,直至全部的冰被融化),继续受热,很多原先通过较强取向力和氢键力排列整齐的水分子陆续离开平衡位置(这时冰就大量变成了水),这样原先的孔隙就会被一些分子(或分子的部分原子)占据,分子平均间距变小,密度增大,体积减小。