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，即微觀粒子的動能、勢能、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能以及分子間相互作用勢能之和，前者包括分子平動、轉(zhuǎn)動、振動的動能（以及分子內(nèi)原子振動的勢能），后者是所有可能的分子對之間相互作用勢能的總和。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、體育運(yùn)動、上課學(xué)習(xí)和從事其他一切活動，以及人體維持正常體溫、各種生理活動都要消耗能量。就像蒸汽機(jī)需要燒煤、內(nèi)燃機(jī)需要用汽油、電動機(jī)需要用電一樣。人體的熱能來源于每天所吃的食物，但食物中不是所有營養(yǎng)素都能產(chǎn)生熱能的，只有碳水化合物、脂肪蛋白質(zhì)這三大營養(yǎng)素會產(chǎn)生熱能。每克碳水化合物在體內(nèi)氧化時產(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所需的能量,如低于這個數(shù)量,將對身體產(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、勞動活動所需的能量、消化食物所需的能量等三個方面。對于處在生長發(fā)育階段的兒童青少年，由于身體的新陳代謝特別旺盛，對熱能的需要量較高。一個人如果期熱量攝入不足，就會使體內(nèi)貯存的糖逐漸減少，到一程度時，就將開始動用脂肪，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，自覺手足無力，上課時思想不集中。這就是吃的食物不夠，能量不足所造成的，日久還會影響生長發(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．營養(yǎng)就是生長發(fā)育的"建筑材料" 生長是指細(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。生長主要是量的變化，發(fā)育主要是質(zhì)的變化。生長發(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。影響生長發(fā)育的主要因素有遺傳和營養(yǎng)、疾病、鍛煉、生活水平、社會環(huán)境、氣候因素等，其中營養(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養(yǎng)素，對生長發(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、鲺等營養(yǎng)素，也都是構(gòu)成組織細(xì)胞的重要成分和生長發(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，日本兒童的生長發(fā)育水平來了個加速性提高。由于日本政府十分重視營養(yǎng)，從而使日本成為當(dāng)今世界的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國和長壽之國。以致被世界從多學(xué)者概括為："一頓營養(yǎng)午餐即振興了日本民族"。我國兒童青少年的生長發(fā)育水平，非常顯著的為90年代高于60年代高于40年代。這也充分說明了營養(yǎng)因素對中國兒童青少年身高、體重的增長起到了明顯的促進(jìn)作用。 因此，不論是生長還是發(fā)育都少不了營養(yǎng)，營養(yǎng)既是決定生長發(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，它不能直接用來做功，只有在發(fā)生化學(xué)變化的時候才釋放出來，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)變化時候所放出的能量，都屬于化學(xué)能?；瘜W(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，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、生長周期、繁殖與種值方法、收獲方法、抗病抗災(zāi)性能、日照的時間與強(qiáng)度、環(huán)境的溫度與濕度、雨量、土壤條件等，在太陽能直接轉(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)算約為太陽全部輻射能的0.5％-2.5％，整個生物圈的平均轉(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的有機(jī)物質(zhì),包括動植物和微生物.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，解決燃料問題； 二是建立“能量林場”，“能量農(nóng)場”，“海洋能量農(nóng)場”。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)械能是動能與勢能的總和,勢能分為重力勢能和彈性勢能.決定動能的是質(zhì)量與速度,決定重力勢能的是高度和質(zhì)量決定彈性勢能的是勁度系數(shù)與形變量.動能與勢能可相互轉(zhuǎn)化。 機(jī)械能只是動能與勢能的和。 機(jī)械能是表示物體運(yùn)動狀態(tài)與高度的物理量。 機(jī)械能守恒指：物體動能與勢能的變化量相等，也就是動能的增加與減少等于勢能的減少與增加。 動能 風(fēng)吹著帆船航行，空氣對帆船做了功；急流的河水把石頭沖 走，水對石頭做了功；運(yùn)動著的鋼球打在木塊上，把木塊推走，鋼球?qū)δ? 塊做了功．流動的空氣和水，運(yùn)動的鋼球，它們能夠做功，它們都具有能 量．空氣、水、鋼球是由于運(yùn)動而能夠做功的，它們具有的能量叫做動能．一 切運(yùn)動的物體都具有動能． 動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，打到一個小木塊上， 推動木塊做功．讓同一個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，看哪個鋼球把木塊推得遠(yuǎn)． 同一個鋼球，原來的位置越高，滾到斜面下端時速度越大，把木塊推 得越遠(yuǎn)．在滾下速度相同時，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)動的速度越大，把木塊推得越 遠(yuǎn)，對木塊做的功越多，表示鋼球的動能越大．因此，運(yùn)動物體的速度越 大，質(zhì)量越大，動能就越大． 勢能 人們在打樁時，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 量叫重力勢能．物體的質(zhì)量越大，舉得越高，它具有的重力勢能就越大． ■ 圖1—2 被舉高的重錘具有重力勢能．重錘的質(zhì)量越大，被舉得越高， 下落時做的功越多，表示重錘的重力勢能越大． 射箭運(yùn)動員把弓拉彎，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 勢能．物體的彈性形變越大，它具有的彈性勢能就越大． 機(jī)械能 動能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能．一個物體可以既有動能，又有勢 能，例如，飛行中的飛機(jī)因?yàn)樗谶\(yùn)動而具有動能，又因?yàn)樗诟咛幎? 有重力勢能，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，一個物體能夠做的功越多，表示這個物體的能量越大，因 此，能量的大小可以用做功的多少來衡量．動能、勢能或機(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球的重力勢能是 5 焦，動能是4 焦，球的機(jī)械能則為9 焦． 想想議議 舉起的重錘落下時能把木樁打入地里，舉高的重錘具有重 力勢能．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運(yùn)動到同樣高度的另一端。