?【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。??

第二章熱和功

【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的】

§2-1分子的動能和勢能，物體的內能

【01】“熱和功”是物理學的一個重要部分。它是研究物態(tài)變化（如熔解、汽化等）和熱力工程的理論基礎。本章除了引入一些在今后學習中將得到廣泛應用的有關熱和功的基本概念，如內能、熱量、熱功當量等以外，還對能的相互轉變和能量守恒定律作了較為詳盡的介紹。

【02】在學習本章之前，最好先復習一下第一冊“機械能”一章中“功”和“能量”的概念，同時回憶一下下面的幾個問題：

【03】(1)什么叫做機械能？機械能有哪幾種？它們各決定于哪些因素？它們的數(shù)學表達式是怎樣的？式中各個符號的物理意義又是怎樣的？

【04】(2)如果采用厘米·克·秒制，式中各物理量應該用什么單位？如果用米·公斤·秒制，式中各物理量的單位又是什么？

【05】(3)功和能量為什么可以用同一單位來表示？怎樣進行不同單位之間的換算？

【06】(4)外力對物體做功時，物體的機械能發(fā)生怎樣的改變？物體克服阻力做功時，物體的機械能又將發(fā)生怎樣的改變？

【07】(5)在什么情況下物體的機械能才是守恒的？

1、分子的動能

【08】學習機械能一章后，我們知道，一切運動著的物體都具有動能。動能的大小決定于物體的質量和它的運動速度。質量越大，速度越快，它的動能也就越大。分子運動論的研究告訴我們，組成物體的分子都在不停地作無規(guī)則運動，因此，一切分子也都具有動能。

【09】分子作無規(guī)則運動所具有的動能，叫做分子的動能。

【10】因為各個分子的運動速度一般說來是不同的，所以分子的動能也各不相等，而它們的平均值，就叫做分子平均動能。

【11】在前一章中我們已經講過，物體的溫度是大量分子熱運動劇烈程度的表征；分子熱運動越劇烈，物體的溫度就越高。也就是說，分子平均動能大，物體的溫度就高；分子平均動能小，溫度就低。反過來說：物體的溫度越高，分子平均動能就越大；物體的溫度越低，分子平均動能也就越小。因此，從分子運動論的觀點來看，溫度是分子平均動能的標志。溫度的升高或降低，標志著分子平均動能的增加或減少。

【12】我們知道，物體的動能是一種機械能，它只跟物體的機械運動有關，而跟物體內部分子的無規(guī)則運動無關。所以分子動能和整個物體的動能是完全不同的兩回事，千萬不要把它們混為一談。

【13】舉一個例來說，靜止在地面上的足球，我們說它沒有動能，因為相對于地面來講，它沒有機械運動?？墒墙M成足球的分子依然具有動能，因為它們都在永不停息地作無規(guī)則運動。當足球開始運動的時侯，除了分子的動能以外，整個足球由于它的機械運動也有了動能。

2、分子的勢能

【14】我們知道，地面上的物體，由于它跟地球相互作用而具有勢能。在舉起物體的時候，克服重力做功，物體的勢能增加；相反地，當物體下落時，重力做功，物體的勢能減少。拉長或壓縮彈簧時，都要反抗彈力做功，使彈簧各部分之間的相對位置發(fā)生變化，增加了彈簧的勢能。

【15】實際上，除了地面上的物體具有重力勢能，發(fā)生形變的彈簧具有彈性勢能外，一切相互作用的物體也都具有由它們的相對位置或物體內部各部分之間的相對位置所決定的勢能。如果物體之間的相互作用力是引力，那么，當它們的距離增大時，必須反抗引力做功，使物體的勢能增加；在距離縮小時，引力作功，勢能減小。如果物體之間的相互作用力是斥力，則情況恰好相反，在距離增大時，物體的勢能減少；在距離縮小時，物體的勢能增加。

【16】在前一章中我們已經講過，分子間也存在著相互作用力，并且隨著距離的不同，有時表現(xiàn)為引力，有時表現(xiàn)為斥力。因此，分子也具有由它們的相對位置所決定的勢能。

【17】由于分子間的相互作用而具有的勢能，叫做分子的勢能。

3、物體的內能

【18】物體分子無規(guī)則運動的動能和由分子間相對位置所決定的勢能的總和，叫做物體的內能。

【19】一切物體都是由相互作用著的而且不斷運動著的分子構成的，所以任何物體都具有內能。

【20】物體在具有內能的同時，也可以具有別種形式的能量。例如，正在圍繞著地球運行的衛(wèi)星，除了內能以外，還有機械能，那就是衛(wèi)星的動能、衛(wèi)星跟地球及其他星球之間相互作用的勢能。

【21】由于一切物體都具有內能，所以內能是一個極為重要的概念。內能是同物體內部狀態(tài)有關的能量，它取決于分子的運動情況和分子間的相對位置。不論物體本身的位置和運動速度怎樣，它總具有內能，也就是除了跟物體的速度和物體間的相對位置有關的機械能（動能和勢能）外，物體還具有跟內部狀態(tài)有關的內能。

【22】我們已經知道，物體的動能和勢能都跟它的質量有關，那么物體內能的大小，究竟跟哪些因素有關呢？它同物體質量的關系究竟是怎樣的呢？

【23】從上面的敘述中可以明了，物體內能的大小跟分子的數(shù)目有關。物體的質量越大，也就是分子數(shù)目越多，它的內能也越大。內能中的分子動能還跟物體的溫度有關，溫度越高，物體的內能也越大。此外，物體的內能還跟它的聚集態(tài)（固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)）以及物體是整塊的還是分散（變成粉末、碎片等）的狀態(tài)有關。

【24】從能量的觀點來看，研究熱現(xiàn)象時，我們只限于討論物體的內能部分，也就是只討論跟分子的無規(guī)則運動有關的動能和跟分子之間相對位置有關的勢能。

【25】對于氣體來說，內能基本上只有分子的動能；內能的變化實際上也就是分子動能的變化。因為氣體分子間的距離很大，相互作用力極小，所以分子間相互作用的勢能和分子勢能的變化，都可以不加考慮。

【26】在固體和液體中，分子間的相互作用力相當大，分子間距離的改變會使分子的勢能發(fā)生顯著的變化。所以對于固體和液體來說，考慮內能的變化時，必須同時考慮分子無規(guī)則運動的動能的變化和分子間相互作用的勢能的變化。