为什么做功可以改变内能请说简单明确点

Question

为什么做功可以改变内能
请说简单明确点

Answer 1

事实上,只有压缩体积做功和克服摩擦做功,才会使物体的内能增大,如：用锯锯木头时,锯条的温度会升高,内能增大．人手拉锯时对木头做了功；木头对锯条有摩擦力,克服摩擦也对锯条做了功；究竟哪一种做功使锯条的内能增大呢?显然是克服摩擦做功使锯条的温度升高,内能增大,而手对锯做功并没有直接使锯条内能增大．通过以上讲解,我们应该认识到,做功可以改变物体的内能,但做功并不是一定改变物体的内能．再如,把物体举高,外力对物体做了功,但物体的内能并不增加．
做功和热传递是使系统能量改变的两种方式.设想一个边长为Ｌ、体积为Ｖ的立方盒,盒内有Ｎ个单原子分子的理想气体系统,当系统处于平衡状态时,温度为Ｔ、压强为Ｐ,内能为Ｕ.当外界对系统做功为dＷ(=-PdV)、传递热量为dＱ时,系统的内能增加了dU.根据热力学第一定律,有dU=dW+dQ=-PdV+dQ.微观解释如下.
在微观理论中,N个分子可以看成是N个全同的自由粒子,而N个粒子又是分布在许多分立的能级上,如ε1能级有N1个粒子,εi能级上有Ni个粒子……,N1,N2,…,Ni …称为粒子的分布.宏观理论中的系统处于平衡状态,在微观理论中是粒子处在最可几分布,可用,………来表示,如图1.系统的内能,内能的变化,这表明内能U的变化是由两项因素引起的.项,表示由于每个能级εi的能量值大小发生变化.项,表示由于能级εi上的粒子最可几分布数的多少发生变化.
能级εi的能量值发生变化的原因是由于外界对系统做了功.根据量子力学理论,能级εi的能量值,式中m为粒子的质量,h为普朗克常数,为量子数.当外界对系统做功时,系统的体积减小（即PdV0),但是能级εi上的粒子分布数并未改变,如图2所示.对某一能级εi来说,个粒子增加的能量为,因此,对全部能级来说,能量总增加值为,这就是做功引起系统增加的内能.