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內能

從微觀上說，內能一般主要包括系統內所有分子的動能、分子間的相互作用勢能、電子能和核內部粒子間的相互作用能等。前兩項又可總稱為分子熱運動能，就是我們通常所說的“內能”。后面兩項在大多物理過程中不變，因此一般只需要考慮前兩項。但在涉及電子的激發、電離的物理過程中或發生化學反應時電子能將大幅變化，此時內能中必須考慮電子能的貢獻。核內部粒子間的相互作用能僅在發生核反應時才會變化，因此絕大多數情形下，都不需要考慮這一部分的能量。內能的絕對量(主要是其中的核內部能量部分)目前還不完全清楚，但不影響我們解決一般問題，對于內能我們常常關心的是其變化量。

拋開物體內部的結構細節，從宏觀上說，內能是一種與系統在絕熱條件下做功量相聯系的，描述系統本身能量的狀態函數。在宏觀定義中，內能是一個相對值。

對于一定量物質構成的系統，通過做功、熱傳遞與外界交換能量，引起系統狀態變化，而導致內能改變，其間的關系由熱力學第一定律給出。

內能是物體、系統的一種固有屬性，即一切物體或系統都具有內能，不依賴于外界是否存在、外界是否對系統有影響。

內能是一種廣延量(或曰容量性質)，即內能的大小與物質的數量(物質量或質量)成正比。

內能是系統的一種狀態函數(簡稱態函數)，即內能可以表達為系統的某些狀態參量(例如壓強、體積等)的某種特定的函數，函數的具體形式取決于具體的物質系統(具體地說，取決于物態方程)。當系統處于某一平衡態時，系統的一切狀態參量將取得定值，內能作為這些狀態參量的特定函數也將取得定值(盡管我們目前還不很清楚它的絕對數值是多少)。 　當系統發生某一變化，從原先的平衡態過渡到另一個新的平衡態時，內能的變化量僅取決于變化前后的系統狀態，而與這個變化是如何發生的(例如變化的快慢)以及變化經歷了怎樣曲折的過程(例如是經歷一個等溫過程、等壓過程還是一個任意過程)完全無關。內能的這一性質和功、熱量有著本質的區別。

內能的概念建立在焦耳等人大量精密的熱功當量實驗的基礎之上。能量和內能概念的建立標志著能量轉化與守恒定律(即熱力學第一定律)的真正確立。

正如重力對一定質量物體做功的大小與物體下降的路徑無關，僅與物體下降前后的垂直位置有關，焦耳的實驗證明系統在絕熱條件下的做功量與系統經歷的具體過程無關，僅與系統做功前后的狀態有關。從前一現象人們提出了重力勢能的概念，將過程量功表達為僅取決于高度的勢能函數在不同高度的函數值之差。類似可以定義一個僅取決于系統狀態的函數，將過程量絕熱功表為該函數在不同狀態的函數值之差。這個被定義的函數，就稱為內能。

熱量，指的是由于溫差的存在而導致的能量轉化過程中所轉移的能量。而該轉化過程稱為熱交換或熱傳遞。熱量的公制為焦耳。人體的一切生命活動都需要能量，如物質代謝的合成反應、肌肉收縮、腺體分泌等等。而這些能量主要來源于食物。動、植物性食物中所含的營養素可分為五大類：碳水化合物、脂類、蛋白質、礦物質和維生素，加上水則為六大類。其中，碳水化合物、脂肪和蛋白質經體內氧化可釋放能量。三者統稱為“產能營養素”或“熱源質”。

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（責任編輯：xll）

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