什么是內(nèi)能 熱能 化學(xué)能 生物能 機(jī)械能

【專家解說】：內(nèi)能 熱力學(xué)系統(tǒng)的熱運(yùn)動(dòng)能量。廣義地說，內(nèi)能是由系統(tǒng)內(nèi)部狀況決定的能量。熱力學(xué)系統(tǒng)由大量分子、原子組成，儲(chǔ)存在系統(tǒng)內(nèi)部的能量是全部微觀粒子各種能量的總和，即微觀粒子的動(dòng)能、勢(shì)能、化學(xué)能、電離能、核能等等的總和 。由于在系統(tǒng)經(jīng)歷的熱力學(xué)過程中，物質(zhì)的分子、原子、原子核的結(jié)構(gòu)一般都不發(fā)生變化，即分子的內(nèi)稟能量（原子間相互作用能、原子內(nèi)的能量、核能）保持不變，可作為常量扣除。因此，系統(tǒng)的內(nèi)能通常是指全部分子的動(dòng)能以及分子間相互作用勢(shì)能之和，前者包括分子平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)的動(dòng)能（以及分子內(nèi)原子振動(dòng)的勢(shì)能），后者是所有可能的分子對(duì)之間相互作用勢(shì)能的總和。內(nèi)能是態(tài)函數(shù)。真實(shí)氣體的內(nèi)能是溫度和體積的函數(shù)。理想氣體的分子間無(wú)相互作用，其內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。 通過作功、傳熱，系統(tǒng)與外界交換能量，內(nèi)能改變，其間的關(guān)系由熱力學(xué)第一定律給出。 熱能 熱能又稱熱量、能量等，它是生命的能源。人的每天勞務(wù)活動(dòng)、體育運(yùn)動(dòng)、上課學(xué)習(xí)和從事其他一切活動(dòng)，以及人體維持正常體溫、各種生理活動(dòng)都要消耗能量。就像蒸汽機(jī)需要燒煤、內(nèi)燃機(jī)需要用汽油、電動(dòng)機(jī)需要用電一樣。人體的熱能來(lái)源于每天所吃的食物，但食物中不是所有營(yíng)養(yǎng)素都能產(chǎn)生熱能的，只有碳水化合物、脂肪蛋白質(zhì)這三大營(yíng)養(yǎng)素會(huì)產(chǎn)生熱能。每克碳水化合物在體內(nèi)氧化時(shí)產(chǎn)生的熱能為16.74千焦耳（4千卡），脂肪每克為37.66千焦耳（9千卡），蛋白質(zhì)每克為16.74千焦耳（4千卡） 熱能的單位，常指能使1升水升高1攝氏度所需的熱量，就相當(dāng)于4.184千焦耳的熱能。單位換算如下： 1千卡=4.184千焦耳 1千焦耳=0.239千卡 熱能的需要量指的是維持身體正常生理功能及日常活動(dòng)所需的能量,如低于這個(gè)數(shù)量,將對(duì)身體產(chǎn)生不良影響。人體需要的能量也即包括基礎(chǔ)代謝所需的能量、勞動(dòng)活動(dòng)所需的能量、消化食物所需的能量等三個(gè)方面。對(duì)于處在生長(zhǎng)發(fā)育階段的兒童青少年，由于身體的新陳代謝特別旺盛，對(duì)熱能的需要量較高。一個(gè)人如果期熱量攝入不足，就會(huì)使體內(nèi)貯存的糖逐漸減少，到一程度時(shí)，就將開始動(dòng)用脂肪，并消耗部分蛋白質(zhì)，使肌肉和內(nèi)臟萎縮、消瘦、乏力、體重減輕、變得"骨瘦如柴"，各種生理功能受到嚴(yán)重影響，甚至危及生命。在日常生活中，有些學(xué)生經(jīng)常少吃或不吃早餐，由于體內(nèi)熱能不足，使得血糖降低，在上第二節(jié)課以后往往產(chǎn)生饑餓感，自覺手足無(wú)力，上課時(shí)思想不集中。這就是吃的食物不夠，能量不足所造成的，日久還會(huì)影響生長(zhǎng)發(fā)育。 但是，如果每天吃過多的糖果、甜食等，使食物的產(chǎn)熱量超過需要量，那么多余的能量就會(huì)轉(zhuǎn)化脂肪，積聚在皮下組織，使皮下脂肪增厚，體重超過正常范圍，出出肥胖現(xiàn)象。并將成為成年期的高血壓、糖尿病、心血管病等器質(zhì)性疾病的先兆因子。 11．營(yíng)養(yǎng)就是生長(zhǎng)發(fā)育的"建筑材料" 生長(zhǎng)是指細(xì)胞的繁殖、增大及細(xì)胞間質(zhì)的增加，表現(xiàn)為全身各部分、各器官、各組織的大小、長(zhǎng)短及重量的增加；發(fā)育是指身體各系統(tǒng)、各器官、各組織功能的完善。生長(zhǎng)主要是量的變化，發(fā)育主要是質(zhì)的變化。生長(zhǎng)發(fā)育除產(chǎn)生體格方面的生理變化以外，還包括神經(jīng)系統(tǒng)以及由此引起的心理素質(zhì)的變化。影響生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素有遺傳和營(yíng)養(yǎng)、疾病、鍛煉、生活水平、社會(huì)環(huán)境、氣候因素等，其中營(yíng)養(yǎng)因素占有十分重要地位。蛋白質(zhì)、脂肪、糖類及維生素等七大營(yíng)養(yǎng)素，對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育均起著極其重要的作用。例如，構(gòu)成人體組織的基本單位是細(xì)胞，細(xì)胞的主要成分是蛋白質(zhì)。新的組織細(xì)胞的構(gòu)成，細(xì)胞的繁殖、增大及細(xì)胞間質(zhì)的增多，都離不開蛋白質(zhì)。又如碳水化合物、脂肪、鲺等營(yíng)養(yǎng)素，也都是構(gòu)成組織細(xì)胞的重要成分和生長(zhǎng)發(fā)育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 學(xué)生的身高、體重發(fā)育受膳食結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，以致1935-1980年期間，日本兒童的生長(zhǎng)發(fā)育水平來(lái)了個(gè)加速性提高。由于日本政府十分重視營(yíng)養(yǎng)，從而使日本成為當(dāng)今世界的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)和長(zhǎng)壽之國(guó)。以致被世界從多學(xué)者概括為："一頓營(yíng)養(yǎng)午餐即振興了日本民族"。我國(guó)兒童青少年的生長(zhǎng)發(fā)育水平，非常顯著的為90年代高于60年代高于40年代。這也充分說明了營(yíng)養(yǎng)因素對(duì)中國(guó)兒童青少年身高、體重的增長(zhǎng)起到了明顯的促進(jìn)作用。 因此，不論是生長(zhǎng)還是發(fā)育都少不了營(yíng)養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)既是決定生長(zhǎng)發(fā)育潛在水平最終發(fā)揮行如何的重要因素，也是影響生長(zhǎng)發(fā)育最為重要的"建筑材料"。 化學(xué)能 化學(xué)能是一種很隱蔽的能量，它不能直接用來(lái)做功，只有在發(fā)生化學(xué)變化的時(shí)候才釋放出來(lái)，變成熱能或者其他形式的能量。像石油和煤的燃燒，炸藥爆炸以及人吃的食物在體內(nèi)發(fā)生化學(xué)變化時(shí)候所放出的能量，都屬于化學(xué)能。化學(xué)能是指化合物的能量，根據(jù)能量恒定律，這種能量的變化與反應(yīng)中熱能的變化是大小相等、符號(hào)相反，參加反應(yīng)的化合物中各原子重新排列而產(chǎn)生新的化合物時(shí)，將導(dǎo)致化學(xué)能的變化，產(chǎn)生放熱或吸熱效應(yīng)。 生物能 生物能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來(lái)源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)是獨(dú)特的，它是貯存的太陽(yáng)能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。生物質(zhì)所含能量的多少與下列諸因素有密切的關(guān)系：品種、生長(zhǎng)周期、繁殖與種值方法、收獲方法、抗病抗災(zāi)性能、日照的時(shí)間與強(qiáng)度、環(huán)境的溫度與濕度、雨量、土壤條件等，在太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換的各種過程中，光合作用是效率最低的，光合作用的轉(zhuǎn)化率約為0.5％-5％，據(jù)估計(jì)溫帶地區(qū)植物光合作用的轉(zhuǎn)化率按全年平均計(jì)算約為太陽(yáng)全部輻射能的0.5％-2.5％，整個(gè)生物圈的平均轉(zhuǎn)化率可達(dá)3％-5％。生物質(zhì)能潛力很大，世界上約有250000種生物，在提供理想的環(huán)境與條件下，光合作用的最高效率可達(dá)8～15%，一般情況下平均效率為0.5%左右。 以生物質(zhì)為載體的能量.生物界一切有生命的可以生長(zhǎng)的有機(jī)物質(zhì),包括動(dòng)植物和微生物.所有生物質(zhì)都有一定的能量,而作為能源利用的主要是農(nóng)林業(yè)的副產(chǎn)品及其加工殘余物,也包括人畜分糞便和有機(jī)廢棄物.生物質(zhì)能為人類提供了基本燃料。 生物能具備下列優(yōu)點(diǎn): (1)提供低硫燃料， (2)提供廉價(jià)能源(于某些條件下)， (3)將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成燃料可減少環(huán)境公害(例如，垃圾燃料)， (4)與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術(shù)上的難題較少。 至于其缺點(diǎn)有: (1)植物僅能將極少量的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成有機(jī)物， (2)單位土地面的有機(jī)物能量偏低， (3)缺乏適合栽種植物的土地， (4)有機(jī)物的水分偏多(50%～95%) 生物能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式。它直接或間接地來(lái)源于植物的光合作用，其蘊(yùn)藏量極大，僅地球上的植物，每年生產(chǎn)量就像當(dāng)于目前人類消耗礦物能的20倍，或相當(dāng)于世界現(xiàn)有人口食物能量的160倍。 生物能的開發(fā)和利用具有巨大的潛力。目前主要從三個(gè)方面研究開發(fā)： 一是建立以沼氣為中心的農(nóng)村新的能量，物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，使秸稈中的生物能以沼氣的形式緩慢地釋放出來(lái)，解決燃料問題； 二是建立“能量林場(chǎng)”，“能量農(nóng)場(chǎng)”，“海洋能量農(nóng)場(chǎng)”。建立以植物為能源的發(fā)電廠。變“能源植物”為“能源作物”，如“石油樹”，綠玉樹，續(xù)隨子； 三是種植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工業(yè)的發(fā)展，植物殘?jiān)挚梢灾圃炀凭源媸汀? 機(jī)械能 機(jī)械能是動(dòng)能與勢(shì)能的總和,勢(shì)能分為重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能.決定動(dòng)能的是質(zhì)量與速度,決定重力勢(shì)能的是高度和質(zhì)量決定彈性勢(shì)能的是勁度系數(shù)與形變量.動(dòng)能與勢(shì)能可相互轉(zhuǎn)化。 機(jī)械能只是動(dòng)能與勢(shì)能的和。 機(jī)械能是表示物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與高度的物理量。 機(jī)械能守恒指：物體動(dòng)能與勢(shì)能的變化量相等，也就是動(dòng)能的增加與減少等于勢(shì)能的減少與增加。 動(dòng)能 風(fēng)吹著帆船航行，空氣對(duì)帆船做了功；急流的河水把石頭沖 走，水對(duì)石頭做了功；運(yùn)動(dòng)著的鋼球打在木塊上，把木塊推走，鋼球?qū)δ? 塊做了功．流動(dòng)的空氣和水，運(yùn)動(dòng)的鋼球，它們能夠做功，它們都具有能 量．空氣、水、鋼球是由于運(yùn)動(dòng)而能夠做功的，它們具有的能量叫做動(dòng)能．一 切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能． 動(dòng)能的大小跟哪些因素有關(guān)呢？ 實(shí)驗(yàn) 如圖1—1 所示，讓鋼球從斜面上滾下，打到一個(gè)小木塊上， 推動(dòng)木塊做功．讓同一個(gè)鋼球從不同高度滾下，看哪次木塊被推得遠(yuǎn)．換 用質(zhì)量不同的鋼球，讓它們從同一高度滾下，看哪個(gè)鋼球把木塊推得遠(yuǎn)． 同一個(gè)鋼球，原來(lái)的位置越高，滾到斜面下端時(shí)速度越大，把木塊推 得越遠(yuǎn)．在滾下速度相同時(shí)，鋼球的質(zhì)量越大，把木塊推得越遠(yuǎn)． 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼球的質(zhì)量越大，它運(yùn)動(dòng)的速度越大，把木塊推得越 遠(yuǎn)，對(duì)木塊做的功越多，表示鋼球的動(dòng)能越大．因此，運(yùn)動(dòng)物體的速度越 大，質(zhì)量越大，動(dòng)能就越大． 勢(shì)能 人們?cè)诖驑稌r(shí)，先把重錘高高舉起，重錘落下就能把木樁打入 地里（圖l—2）．重錘是由于被舉高而能夠做功的，舉高的物體具有的能 量叫重力勢(shì)能．物體的質(zhì)量越大，舉得越高，它具有的重力勢(shì)能就越大． ■ 圖1—2 被舉高的重錘具有重力勢(shì)能．重錘的質(zhì)量越大，被舉得越高， 下落時(shí)做的功越多，表示重錘的重力勢(shì)能越大． 射箭運(yùn)動(dòng)員把弓拉彎，放手后被拉彎的弓能把箭射出去（圖1—3）．被 壓縮的彈簧在放松后能把壓在上面的砝碼舉起（圖1—4）．弓和彈簧都是 由于發(fā)生彈性形變①而能夠做功的，發(fā)生彈性形變的物體具有的能量叫彈性 勢(shì)能．物體的彈性形變?cè)酱?，它具有的彈性?shì)能就越大． 機(jī)械能 動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能．一個(gè)物體可以既有動(dòng)能，又有勢(shì) 能，例如，飛行中的飛機(jī)因?yàn)樗谶\(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)能，又因?yàn)樗诟咛幎? 有重力勢(shì)能，把這兩種能量加在一起，就得到它的總機(jī)械能．機(jī)械能是最 常見的一種形式的能量． 前面說過，一個(gè)物體能夠做的功越多，表示這個(gè)物體的能量越大，因 此，能量的大小可以用做功的多少來(lái)衡量．動(dòng)能、勢(shì)能或機(jī)械能的單位跟 功的單位相同，也是焦耳．例如我們說在空中飛行的一個(gè)球的重力勢(shì)能是 5 焦，動(dòng)能是4 焦，球的機(jī)械能則為9 焦． 想想議議 舉起的重錘落下時(shí)能把木樁打入地里，舉高的重錘具有重 力勢(shì)能．高山上有一塊大石頭，穩(wěn)穩(wěn)地在那里，它有沒有重力勢(shì)能？說一 說你的看法． ① 物體受到外力作用而發(fā)生的形狀變化，叫做形變．如果外力撤消，物體能恢復(fù)原狀，這種形變叫做彈性 形變． 機(jī)械能守恒首先由伽利略提出，他做出斜面實(shí)驗(yàn)，在斜面左端下滑的物體如果不受阻力作用它會(huì)運(yùn)動(dòng)到同樣高度的另一端。