什么是內(nèi)能 熱能 化學能 生物能 機械能

【專家解說】：內(nèi)能 熱力學系統(tǒng)的熱運動能量。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、化學能、電離能、核能等等的總和 。由于在系統(tǒng)經(jīng)歷的熱力學過程中，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、體育運動、上課學習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。就像蒸汽機需要燒煤、內(nèi)燃機需要用汽油、電動機需要用電一樣。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重影響，甚至危及生命。在日常生活中，有些學生經(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" 生長是指細胞的繁殖、增大及細胞間質(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胞，細胞的主要成分是蛋白質(zhì)。新的組織細胞的構(gòu)成，細胞的繁殖、增大及細胞間質(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)成組織細胞的重要成分和生長發(fā)育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 學生的身高、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)，從而使日本成為當今世界的經(jīng)濟強國和長壽之國。以致被世界從多學者概括為："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"。 化學能 化學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)生化學變化時候所放出的能量，都屬于化學能。化學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，將導致化學能的變化，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)估計溫帶地區(qū)植物光合作用的轉(zhuǎn)化率按全年平均計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: (1)提供低硫燃料， (2)提供廉價能源(于某些條件下)， (3)將有機物轉(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。 至于其缺點有: (1)植物僅能將極少量的太陽能轉(zhuǎn)化成有機物， (2)單位土地面的有機物能量偏低， (3)缺乏適合栽種植物的土地， (4)有機物的水分偏多(50%～95%) 生物能是太陽能以化學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，其蘊藏量極大，僅地球上的植物，每年生產(chǎn)量就像當于目前人類消耗礦物能的20倍，或相當于世界現(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，植物殘渣又可以制造酒精以代替石油。 機械能 機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。 機械能只是動能與勢能的和。 機械能是表示物體運動狀態(tài)與高度的物理量。 機械能守恒指：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、鋼球是由于運動而能夠做功的，它們具有的能量叫做動能．一 切運動的物體都具有動能． 動能的大小跟哪些因素有關(guān)呢？ 實驗 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．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． 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．在滾下速度相同時，鋼球的質(zhì)量越大，把木塊推得越遠． 實驗結(jié)果表明，鋼球的質(zhì)量越大，它運動的速度越大，把木塊推得越 遠，對木塊做的功越多，表示鋼球的動能越大．因此，運動物體的速度越 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． 機械能 動能和勢能統(tǒng)稱為機械能．一個物體可以既有動能，又有勢 能，例如，飛行中的飛機因為它在運動而具有動能，又因為它在高處而具 有重力勢能，把這兩種能量加在一起，就得到它的總機械能．機械能是最 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，物體能恢復原狀，這種形變叫做彈性 形變． 機械能守恒首先由伽利略提出，他做出斜面實驗，在斜面左端下滑的物體如果不受阻力作用它會運動到同樣高度的另一端。