溫度、內(nèi)能、熱量三個物理量既有區(qū)別又有聯(lián)系.辨析它們的區(qū)別與聯(lián)系,有助于正確理解其含義.
一、溫度、內(nèi)能、熱量的區(qū)別：
溫度表示物體的冷熱程度,它是一個狀態(tài)量,所以只能說“物體的溫度是多少”.兩個不同狀態(tài)間的物體可以比較溫度的高低.溫度是不能“傳遞”和“轉(zhuǎn)移”的,其單位是“攝氏度”.從分子運動理論的觀點來看,它跟物體內(nèi)部分子的無規(guī)則運動情況有關(guān),溫度越高,分子無規(guī)則運動的平均速度就越大,分子運動就越劇烈.因此可以說,溫度的高低是分子無規(guī)則運動的劇烈程度的標(biāo)志.
內(nèi)能是能量的一種形式,它是物體內(nèi)部所有分子無規(guī)則運動的動能與勢能的總和.分子的熱運動所具有的能量表現(xiàn)為分子動能,分子間相互作用的引力和斥力所具有的能量表現(xiàn)為分子勢能.內(nèi)能和溫度一樣,也是一個狀態(tài)量,通常用“具有”等詞來修飾,其單位是“焦耳”.對于同一物體而言,內(nèi)能大小與溫度有關(guān),溫度升高,內(nèi)能增大,溫度降低,內(nèi)能減小；對于不同的物體而言,內(nèi)能的大小除與溫度有關(guān)之外,還與質(zhì)量、體積、狀態(tài)有關(guān).以水為例,在溫度一定的情況下,一桶水和一勺水相比較,由于單個水分子所具有的內(nèi)能是一樣的,由于一桶水所含的水分子數(shù)目較多,所以一桶水具有的內(nèi)能就多；水通常以固態(tài)冰、液態(tài)水、氣態(tài)水蒸氣三種形式存在,固態(tài)物質(zhì)分子間有強(qiáng)大的作用力,分子排列十分緊密,液體物質(zhì)分子間的作用力較固體小,分子也沒有固定的位置,運動較自由,氣態(tài)物質(zhì)分子間作用力極小,可以忽略不計,極度散亂,間距很大,由于固液氣三態(tài)物質(zhì)的分子在排列組合方式上不同,導(dǎo)致分子間的分子動能和分子勢能也不一樣,當(dāng)然它們所具有的內(nèi)能也不一樣.
熱量是指在熱傳遞過程中,傳遞內(nèi)能的多少.它反映了熱傳遞過程中,內(nèi)能轉(zhuǎn)移的數(shù)量,是內(nèi)能轉(zhuǎn)移多少的量度,是一個過程量,要用“吸收”或“放出”來表述而不能用“具有”或“含有”.熱量定義的條件是“在熱傳遞過程中”,因此只有發(fā)生了熱傳遞,才能談及熱量,所以物體本身沒有熱量.
二、溫度、內(nèi)能、熱量的聯(lián)系：
（一）溫度與內(nèi)能
因為溫度越高,物體內(nèi)的分子做無規(guī)則運動的速度越大,分子的平均動能越大,因此物體的內(nèi)能越多.但要注意：溫度不是內(nèi)能變化的唯一標(biāo)志.“溫度不變時,它的內(nèi)能一定不變”是錯誤的.如晶體熔化、液體沸騰時,溫度保持不變,但要吸熱,內(nèi)能增加.晶體凝固時,溫度不變,但要放出熱量,它的內(nèi)能就減小.因此物體的狀態(tài)變化也是內(nèi)能變化的標(biāo)志.
（二）溫度與熱量
溫度反映的是分子無規(guī)則運動的劇烈程度.物體溫度越高,分子運動越劇烈.熱量是在熱傳遞過程中,內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少.熱傳遞中,高溫物體放出熱量,內(nèi)能減小,溫度降低,低溫物體吸收熱量,內(nèi)能增加,溫度升高.兩物體間不存在溫度差時,雖然物體都有溫度,但沒有熱傳遞,更談不上“熱量”.
（三）熱量與內(nèi)能
熱量反映了熱傳遞過程中,內(nèi)能轉(zhuǎn)移的數(shù)量.物體放出了多少熱量,內(nèi)能就減小多少；物體吸收了多少熱量,內(nèi)能就增加多少.要注意：內(nèi)能增減并不只與吸收或放出熱量有關(guān),做功也可以改變物體內(nèi)能.對物體做功,物體的內(nèi)能會增加,對物體做了多少功,物體的內(nèi)能會增加多少；物體對外做功,物體的內(nèi)能會減小,對外做功多少,物體的內(nèi)能會減小多少.物體內(nèi)能的改變方法有熱傳遞和做功兩種方法,這兩種方法在改變物體的內(nèi)能上是等效的.
例：關(guān)于溫度、內(nèi)能、熱量三者的關(guān)系,下面說法正確的是
A．物體吸收熱量,溫度一定升高
B．物體溫度升高,一定是吸收了熱量
C．物體溫度不變,就沒有吸熱或放熱
D．物體溫度升高,內(nèi)能增加
解析：物體吸收熱量使物體的內(nèi)能增加,可以是分子動能增加,也可以是分子勢能增加.在晶體熔化和液體沸騰過程中,物體要不斷地吸收熱量,但物體的溫度不變,這時物體內(nèi)能的增加主要表現(xiàn)在內(nèi)部分子勢能的增加.所以A不正確.
改變物體內(nèi)能大小的方法有熱傳遞和做功兩種.物體溫度升高,內(nèi)能增加,有可能是物體吸收了熱量,也有可能是別的物體對它做了功.再沒有明確說明是通過哪種方式改變內(nèi)能的情況下,不能不假思索的做出判斷.所以B不正確.
物體的溫度不變,只能說明物體內(nèi)部分子的分子動能沒有發(fā)生變化,并不能意味著物體內(nèi)部的分子勢能沒有發(fā)生變化,也就不能說明物體的內(nèi)能沒有發(fā)生變化.如在晶體的熔化和液體沸騰中,物體要不斷地吸收熱量,內(nèi)能增加,但溫度保持不變；晶體凝固中,物體要不斷地放出熱量,內(nèi)能減小,但溫度保持不變.所以C也不正確.
物體溫度升高,分子熱運動劇烈,分子動能增大,分子間相互作用的引力和斥力也會隨之發(fā)生變化,分子勢能也會增大,故內(nèi)能增加.即D正確.
總之,溫度、熱量和內(nèi)能三者之間既有聯(lián)系,又有本質(zhì)區(qū)別,極易造成錯誤：如把熱傳遞過程中傳遞的能量說成是溫度,或說某一狀態(tài)具有熱量.生活用語中“熱”有時表示溫度,有時表示熱量分辨不清楚.只有正確理解這三個概念的物理意義,認(rèn)清它們之間區(qū)別和聯(lián)系,并且在實際應(yīng)用中進(jìn)一步理解和掌握,才能全面把握這幾個重要概念.