分子动能和分子势能 - 知乎专栏

【问题】地面附近的物体所受的重力是G，由于重力做功具有跟路径无关的特点，所以存在重力势能。

重力势能由地球和物体的相对位置决定。

分子间的作用力 ... 无障碍写文章登录/注册【问题】地面附近的物体所受的重力是G，由于重力做功具有跟路径无关的特点，所以存在重力势能。

重力势能由地球和物体的相对位置决定。

分子间的作用力做功是否也具有这一特点呢？一、分子动能分子不停地做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能，这就是分子动能。

物体中分子热运动的速率大小不一，所以各个分子的动能也有大有小，而且在不断改变。

在热现象的研究中，我们关心的是组成系统的大量分子整体表现出来的热学性质，因而，这里重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的平均值。

这个平均值叫作分子热运动的平均动能。

温度升高时，分子的热运动加剧，温度越高，分子热运动的平均动能越大。

温度越低，分子热运动的平均动能越小。

因此可以得出结论：物体温度升高时，分子热运动的平均动能增加。

这样，分子动理论使我们懂得了温度的微观含义。

分子热运动的平均动能与温度成正比。

二、分子势能分子势能是分子间的相互作用力而产生的能量。

分子间存在着相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径无关，分子组成的系统具有分子势能。

如图，设两个分子相距无穷远，【两个分子相距无穷远是指它们之间几乎没有相互作用时的距离。

】我们可以规定它们的分子势能为0。

让一个分子A不动，另一个分子B从无穷远处逐渐靠近A。

在这个过程中，分子间的作用力（图甲）做功，分子势能的大小发生改变。

当分子B向分子A靠近，分子间距离r大于r₀时，分子间的作用力表现为引力，力的方向与分子的位移方向相同，分子间的作用力做正功，分子势能减小。

分子间作用力与分子势能当分子间距离r减小到r₀时，分子间的作用力为0，分子势能减到最小。

越过平衡位置r₀后，分子B继续向分子A靠近，分子间的作用力表现为斥力，力的方向与分子的位移方向相反，分子间的作用力做负功，分子势能增大。

可见，分子势能的大小是由分子间的相对位置决定的。

由以上分析可知，如果选定分子间距离r为无穷远时的分子势能Ep为0，则分子势能Ep随分子间距离r变化的情况如图乙所示。

分子势能Ep，随分子间距离r的变化有最小值，即当r=r₀时，分子势能最小。

物体的体积变化时，分子间距离将发生变化，因而分子势能随之改变。

可见，分子势能与物体的体积有关。

以下是一些常见结论。

1.分子距离在平衡距离处分子势能最小；2.分子距离在大于平衡距离和小于平衡距离时其分子势能将增大；3.分子距离在小于平衡距离时，斥力大于引力，分子势能表现为斥力，最大值在零距离处；4.分子距离在大于平衡距离时，引力大于斥力，分子势能表现为引力，无穷远处为0；5.分子距离在无穷远处引力和斥力都为零,引力引起的势能最大；6.分子距离在无穷近处引力和斥力最大,斥力引起的势能最大；7.分子热运动引起的的分子间势能取决于物体的体积；8.分子势能就是由分子间作用力引起的，所以分子势能与分子间的相互作用力的大小和相对位置有关；9.固体、液体中分子势能较大的影响内能，气体中则较小；10.物态、体积是分子势能的主要参量。

此外值得注意的是：理想气体不考虑分子势能。

因为理想气体假设中有给出，除碰撞时刻外，忽略分子间作用力，并且分子碰撞时间极短。

一般情况下的气体分子势能可以忽略。

因为，一般情况下的气体之间距离约在10⁻⁹m，分子间距大于平衡位置的间距r₀的10倍以上。

三、物体的内能物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫作物体的内能（internalenergy）。

任何物体都具有内能。

分子热运动的平均动能与温度有关，分子势能与物体的体积有关。

一般说来，物体的温度和体积变化时它的内能都会随之改变。

思考与讨论物体下落的时候，物体中的分子在做无规则热运动的同时还共同参与竖直向下的落体运动。

再如，地面上滚动的足球，球内的气体分子在做无规则热运动的同时，还共同参与水平地面上的运动。

当足球静止在地面上时（图），其中的气体分子是否还具有能量呢？应当指出，组成物体的分子在做无规则的热运动，具有热运动的动能，它是内能的一部分；同时物体还可能做整体的运动，因此，还会具有动能，这是机械能的一部分。

后者是由物体的机械运动决定的，它对物体的内能没有贡献。

☞分子运动不是机械运动。

机械运动是一定会产生摩擦，而分子运动不会产生摩擦;机械运动是宏观的，整个物体的运动，可以直接或间接用量器具测量速度等指标。

一般肉眼可以观测到。

热运动是微观的分子运动。

发布于2022-04-2417:15能量守恒分子动力学高分子化学​赞同8​​添加评论​分享​喜欢​收藏​申请转载​