Question

分子势能与体积的关系

Answer 1

物体的内能大小是指物体内所有分子作无规则运动的动能与所有分子势能之和，所有分子的动能宏观表现为温度，所有分子的势能宏观表现为物体的体积。当物体的体积不变时，物体的温度升高，这个物体的所有分子动能之和增大，内能也会就增大了。那么如何为评价分子势能的变化关系呢？当物体的体积不变时，分子与分子之间的距离不变，分子与分子之间的作用力也是不变化的，此时物体内所有分子之间的分子势能也是不变化的。
如果这个物体的体积变大，它的分子势能如何变化呢？我们在做气体对外做功实验时，加热盛水的试管，水吸热变成水蒸汽后冲开活塞对外做功，内能减小。这里气体是通过增大自己的体积来对外做功的，但是此时气体温度会下降，分子势能是增加了还是减小了，不得而知。我们再来看物体体积缩小的情况，压缩引火仪通过外部施力，将气体压缩，气体的内能增加温度升高，将棉花点燃。这里气体体积是缩小的，外界是对气体做功的，但是只说了气体温度升高，没有说分子势能到底是增大了还是减小了。
由于分子之间存在相互作用的引力和斥力，因此不管你是压缩气体还是膨胀气体，分子间的作用力都是存在的。要考量分子势能的变化只能通过分子间作用力和距离变化来考量，当气体被压缩时，斥力表现出来，而且随着几何级增加的，斥力与距离的乘积是越来越大的，因此压缩气体时，气体分子势能是增加的。