化学能，热能，温度，内能，到底有什么联系？

【专家解说】：内能 热力学系统的热运动能量。广义地说，内能是由系统内部状况决定的能量。热力学系统由大量分子、原子组成，储存在系统内部的能量是全部微观粒子各种能量的总和，即微观粒子的动能、势能、化学能、电离能、核能等等的总和 。由于在系统经历的热力学过程中，物质的分子、原子、原子核的结构一般都不发生变化，即分子的内禀能量（原子间相互作用能、原子内的能量、核能）保持不变，可作为常量扣除。因此，系统的内能通常是指全部分子的动能以及分子间相互作用势能之和，前者包括分子平动、转动、振动的动能（以及分子内原子振动的势能），后者是所有可能的分子对之间相互作用势能的总和。内能是态函数。真实气体的内能是温度和体积的函数。理想气体的分子间无相互作用，其内能只是温度的函数。 通过作功、传热，系统与外界交换能量，内能改变，其间的关系由热力学第一定律给出。 热能 热能又称热量、能量等，它是生命的能源。人的每天劳务活动、体育运动、上课学习和从事其他一切活动，以及人体维持正常体温、各种生理活动都要消耗能量。就像蒸汽机需要烧煤、内燃机需要用汽油、电动机需要用电一样。人体的热能来源于每天所吃的食物，但食物中不是所有营养素都能产生热能的，只有碳水化合物、脂肪蛋白质这三大营养素会产生热能。每克碳水化合物在体内氧化时产生的热能为16.74千焦耳（4千卡），脂肪每克为37.66千焦耳（9千卡），蛋白质每克为16.74千焦耳（4千卡） 热能的单位，常指能使1升水升高1摄氏度所需的热量，就相当于4.184千焦耳的热能。单位换算如下： 1千卡=4.184千焦耳 1千焦耳=0.239千卡 热能的需要量指的是维持身体正常生理功能及日常活动所需的能量,如低于这个数量,将对身体产生不良影响。人体需要的能量也即包括基础代谢所需的能量、劳动活动所需的能量、消化食物所需的能量等三个方面。对于处在生长发育阶段的儿童青少年，由于身体的新陈代谢特别旺盛，对热能的需要量较高。一个人如果期热量摄入不足，就会使体内贮存的糖逐渐减少，到一程度时，就将开始动用脂肪，并消耗部分蛋白质，使肌肉和内脏萎缩、消瘦、乏力、体重减轻、变得"骨瘦如柴"，各种生理功能受到严重影响，甚至危及生命。在日常生活中，有些学生经常少吃或不吃早餐，由于体内热能不足，使得血糖降低，在上第二节课以后往往产生饥饿感，自觉手足无力，上课时思想不集中。这就是吃的食物不够，能量不足所造成的，日久还会影响生长发育。 但是，如果每天吃过多的糖果、甜食等，使食物的产热量超过需要量，那么多余的能量就会转化脂肪，积聚在皮下组织，使皮下脂肪增厚，体重超过正常范围，出出肥胖现象。并将成为成年期的高血压、糖尿病、心血管病等器质性疾病的先兆因子。 11．营养就是生长发育的"建筑材料" 生长是指细胞的繁殖、增大及细胞间质的增加，表现为全身各部分、各器官、各组织的大小、长短及重量的增加；发育是指身体各系统、各器官、各组织功能的完善。生长主要是量的变化，发育主要是质的变化。生长发育除产生体格方面的生理变化以外，还包括神经系统以及由此引起的心理素质的变化。影响生长发育的主要因素有遗传和营养、疾病、锻炼、生活水平、社会环境、气候因素等，其中营养因素占有十分重要地位。蛋白质、脂肪、糖类及维生素等七大营养素，对生长发育均起着极其重要的作用。例如，构成人体组织的基本单位是细胞，细胞的主要成分是蛋白质。新的组织细胞的构成，细胞的繁殖、增大及细胞间质的增多，都离不开蛋白质。又如碳水化合物、脂肪、鲺等营养素，也都是构成组织细胞的重要成分和生长发育的重要物质基础。 学生的身高、体重发育受膳食结构发生了很大变化，以致1935-1980年期间，日本儿童的生长发育水平来了个加速性提高。由于日本政府十分重视营养，从而使日本成为当今世界的经济强国和长寿之国。以致被世界从多学者概括为："一顿营养午餐即振兴了日本民族"。我国儿童青少年的生长发育水平，非常显著的为90年代高于60年代高于40年代。这也充分说明了营养因素对中国儿童青少年身高、体重的增长起到了明显的促进作用。 因此，不论是生长还是发育都少不了营养，营养既是决定生长发育潜在水平最终发挥行如何的重要因素，也是影响生长发育最为重要的"建筑材料"。 化学能 化学能是一种很隐蔽的能量，它不能直接用来做功，只有在发生化学变化的时候才释放出来，变成热能或者其他形式的能量。像石油和煤的燃烧，炸药爆炸以及人吃的食物在体内发生化学变化时候所放出的能量，都属于化学能。化学能是指化合物的能量，根据能量恒定律，这种能量的变化与反应中热能的变化是大小相等、符号相反，参加反应的化合物中各原子重新排列而产生新的化合物时，将导致化学能的变化，产生放热或吸热效应。 生物能 生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系：品种、生长周期、繁殖与种值方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等，在太阳能直接转换的各种过程中，光合作用是效率最低的，光合作用的转化率约为0.5％-5％，据估计温带地区植物光合作用的转化率按全年平均计算约为太阳全部辐射能的0.5％-2.5％，整个生物圈的平均转化率可达3％-5％。生物质能潜力很大，世界上约有250000种生物，在提供理想的环境与条件下，光合作用的最高效率可达8～15%，一般情况下平均效率为0.5%左右。 以生物质为载体的能量.生物界一切有生命的可以生长的有机物质,包括动植物和微生物.所有生物质都有一定的能量,而作为能源利用的主要是农林业的副产品及其加工残余物,也包括人畜分粪便和有机废弃物.生物质能为人类提供了基本燃料。 生物能具备下列优点: (1)提供低硫燃料， (2)提供廉价能源(于某些条件下)， (3)将有机物转化成燃料可减少环境公害(例如，垃圾燃料)， (4)与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。 至于其缺点有: (1)植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物， (2)单位土地面的有机物能量偏低， (3)缺乏适合栽种植物的土地， (4)有机物的水分偏多(50%～95%) 生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。它直接或间接地来源于植物的光合作用，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。 生物能的开发和利用具有巨大的潜力。目前主要从三个方面研究开发： 一是建立以沼气为中心的农村新的能量，物质循环系统，使秸秆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来，解决燃料问题； 二是建立“能量林场”，“能量农场”，“海洋能量农场”。建立以植物为能源的发电厂。变“能源植物”为“能源作物”，如“石油树”，绿玉树，续随子； 三是种植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工业的发展，植物残渣又可以制造酒精以代替石油。 机械能 机械能是动能与势能的总和,势能分为重力势能和弹性势能.决定动能的是质量与速度,决定重力势能的是高度和质量决定弹性势能的是劲度系数与形变量.动能与势能可相互转化。 机械能只是动能与势能的和。 机械能是表示物体运动状态与高度的物理量。 机械能守恒指：物体动能与势能的变化量相等，也就是动能的增加与减少等于势能的减少与增加。 动能 风吹着帆船航行，空气对帆船做了功；急流的河水把石头冲 走，水对石头做了功；运动着的钢球打在木块上，把木块推走，钢球对木 块做了功．流动的空气和水，运动的钢球，它们能够做功，它们都具有能 量．空气、水、钢球是由于运动而能够做功的，它们具有的能量叫做动能．一 切运动的物体都具有动能． 动能的大小跟哪些因素有关呢？ 实验 如图1—1 所示，让钢球从斜面上滚下，打到一个小木块上， 推动木块做功．让同一个钢球从不同高度滚下，看哪次木块被推得远．换 用质量不同的钢球，让它们从同一高度滚下，看哪个钢球把木块推得远． 同一个钢球，原来的位置越高，滚到斜面下端时速度越大，把木块推 得越远．在滚下速度相同时，钢球的质量越大，把木块推得越远． 实验结果表明，钢球的质量越大，它运动的速度越大，把木块推得越 远，对木块做的功越多，表示钢球的动能越大．因此，运动物体的速度越 大，质量越大，动能就越大． 势能 人们在打桩时，先把重锤高高举起，重锤落下就能把木桩打入 地里（图l—2）．重锤是由于被举高而能够做功的，举高的物体具有的能 量叫重力势能．物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能就越大． ■ 图1—2 被举高的重锤具有重力势能．重锤的质量越大，被举得越高， 下落时做的功越多，表示重锤的重力势能越大． 射箭运动员把弓拉弯，放手后被拉弯的弓能把箭射出去（图1—3）．被 压缩的弹簧在放松后能把压在上面的砝码举起（图1—4）．弓和弹簧都是 由于发生弹性形变①而能够做功的，发生弹性形变的物体具有的能量叫弹性 势能．物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大． 机械能 动能和势能统称为机械能．一个物体可以既有动能，又有势 能，例如，飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它在高处而具 有重力势能，把这两种能量加在一起，就得到它的总机械能．机械能是最 常见的一种形式的能量． 前面说过，一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大，因 此，能量的大小可以用做功的多少来衡量．动能、势能或机械能的单位跟 功的单位相同，也是焦耳．例如我们说在空中飞行的一个球的重力势能是 5 焦，动能是4 焦，球的机械能则为9 焦． 想想议议 举起的重锤落下时能把木桩打入地里，举高的重锤具有重 力势能．高山上有一块大石头，稳稳地在那里，它有没有重力势能？说一 说你的看法． ① 物体受到外力作用而发生的形状变化，叫做形变．如果外力撤消，物体能恢复原状，这种形变叫做弹性 形变． 机械能守恒首先由伽利略提出，他做出斜面实验，在斜面左端下滑的物体如果不受阻力作用它会运动到同样高度的另一端。