小狐貍皮皮的物理世界

曹遠(yuǎn)強(qiáng)

改變內(nèi)能的方式

小狐貍皮皮正在看書，這時(shí)傳來“啪嗒啪嗒”的聲音，皮皮一看，原來是爐子上的水燒開了，水蒸氣正頂?shù)脡厣w子動(dòng)呢！

“爺爺，那壺蓋之所以動(dòng)，是不是內(nèi)能在做功??？”皮皮問狐貍爺爺。

“是啊！你真是善于動(dòng)腦的孩子。利用內(nèi)能做功的機(jī)器叫熱機(jī)，比如汽車?yán)锩娴膬?nèi)燃機(jī)?！焙偁敔斦f。

“小猴淘淘會(huì)開車，他應(yīng)該知道內(nèi)燃機(jī)，等明天見了他，我問一下，看他知不知道。爺爺，一個(gè)物體要增大或者減少內(nèi)能該怎么做呢？”皮皮問道。

“改變內(nèi)能有兩種方式，一種是熱傳遞，一種是做功?！焙偁敔敾卮鹫f。

“熱傳遞是什么意思？就是傳遞熱嗎？”皮皮接著問。

狐貍爺爺說：“熱傳遞就是能量從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體，或者從一個(gè)物體溫度高的部分轉(zhuǎn)移到溫度低的部分，比如燒水，就是能量從火轉(zhuǎn)移到水。再比如，暖瓶里的水逐漸向四周傳遞能量，它自身的內(nèi)能不斷減少，于是溫度下降。”

“熱傳遞能改變物體的內(nèi)能，這一點(diǎn)很容易明白，那另外一種呢？”皮皮又問。

狐貍爺爺說：“另外一種方式是做功。對(duì)物體做功，物體內(nèi)能增大;物體對(duì)外做功，物體的內(nèi)能就會(huì)減少。對(duì)了，皮皮，你還記得那一年我們?cè)诏B翠山鉆木取火的事嗎？”

鉆木取火

皮皮想起來了，那是兩年前的事。當(dāng)時(shí)，他們要點(diǎn)火取暖，可是沒有打火機(jī)，也沒有火柴，狐貍爺爺找了一塊干燥的木材，用小刀在上面剜出了一個(gè)小坑，然后找來一根干燥的木棍，把木棍的一頭放在小坑里，快速地來回轉(zhuǎn)動(dòng)木棍，最后取到了火種，燃起了篝火，順利度過了那個(gè)寒冷的夜晚。

狐貍爺爺說：“鉆木取火就是通過做功，增大接觸面上木材的內(nèi)能，達(dá)到著火點(diǎn)，從而取到火種?！?/p>

回憶起這件事情，皮皮很快就理解了“做功改變內(nèi)能”。

狐貍爺爺說：“物體如果靠?jī)?nèi)能對(duì)外做了功，它的內(nèi)能就會(huì)減少?！?/p>

皮皮說：“那物體的溫度也會(huì)降低，對(duì)嗎？”

狐貍爺爺說：“是的。晚上，我想休息了，我灌滿暖水袋，暖一暖被窩，這就是利用了內(nèi)能！”

皮皮笑著說：“您不只利用了內(nèi)能，您還在利用熱傳遞獲得內(nèi)能呢！”

狐貍爺爺夸贊道：“對(duì)?。『美?，我們休息吧！”

皮皮說：“明天是星期天，小猴淘淘要來找我玩，我要問他汽車的心臟——內(nèi)燃機(jī)是怎么工作的，看他知不知道！”

內(nèi)燃機(jī)

星期天，小猴淘淘如約來找皮皮玩。皮皮說：“淘淘，我來考你一下。你開的汽車?yán)锩嬗袩釞C(jī)，你知道熱機(jī)是怎么工作的嗎？”

小猴淘淘一臉驚奇，問道：“什么？熱雞！熱雞還能工作？”

狐貍爺爺笑了：“是‘熱機(jī)不是‘熱雞，熱機(jī)就是用內(nèi)能做功的機(jī)器?！?/p>

小猴淘淘說：“您說的是發(fā)動(dòng)機(jī)吧？我的汽車?yán)锩娴氖瞧桶l(fā)動(dòng)機(jī)，是四缸的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)?！?/p>

皮皮問狐貍爺爺：“爺爺，您不是說汽車?yán)锏陌l(fā)動(dòng)機(jī)是內(nèi)燃機(jī)嗎？”

狐貍爺爺說：“汽油發(fā)動(dòng)機(jī)就是一種內(nèi)燃機(jī)，還有一種內(nèi)燃機(jī)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)?！?/p>

皮皮說：“淘淘，你講一講汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是怎么工作的吧！”

陶陶撓撓頭，說：“這就難為我了，還是請(qǐng)狐貍爺爺給我們講講吧！”

狐貍爺爺先畫了草圖，介紹了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，然后介紹了它工作的四個(gè)沖程，即吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，并介紹了它們是如何循環(huán)往復(fù)，不斷利用內(nèi)能推動(dòng)活塞做功的。

燃料的熱值

皮皮問：“爺爺，汽油和柴油有什么不同？它們不都是從石油中提煉出來的嗎？”

狐貍爺爺說：“其實(shí)煤油也是從石油中提煉出來的。由于提煉的工藝和精度不同，它們的熱值有一些不同?！?/p>

小猴淘淘問：“什么是熱值？”

狐貍爺爺說：“燃燒相同質(zhì)量的不同燃料，如煤炭、干木柴、汽油、柴油、煤油、酒精等，放出的熱量是不同的，這反映了燃料的優(yōu)劣，熱值越高越好。”

皮皮說：“我還是有些不懂，熱量是什么？”

狐貍爺爺說：“熱量可以理解為內(nèi)能增加或減少的數(shù)量，比如在熱傳遞過程中，高溫物體放出熱量，內(nèi)能減少;低溫物體吸收熱量，內(nèi)能增大。再比如，燃料燃燒，就會(huì)由化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這個(gè)過程也可以叫放出熱量?！?/p>

小猴淘淘說：“照您這么說，這個(gè)熱值應(yīng)該是能定量計(jì)算的，對(duì)嗎？”

狐貍爺爺說：“對(duì)！燃料完全燃燒放出的熱量與它質(zhì)量的比值，叫作這種燃料的熱值。也就是說，燃料的熱值等于放出的熱量除以所消耗燃料的質(zhì)量。要注意的是，一定是完全燃燒。熱值反映了這種燃料的特性，與燃料質(zhì)量的多少?zèng)]有關(guān)系，與燃料是否充分燃燒也沒有關(guān)系?！?/p>

皮皮和小猴淘淘都搖頭表示難以理解。

于是狐貍爺爺進(jìn)一步舉例解說。

狐貍爺爺說：“1000克汽油比500克汽油熱值高，這句話對(duì)嗎？”

小猴淘淘說：“不對(duì)?！?/p>

狐貍爺爺說：“燃燒過程中增大空氣中的含氧量，讓汽油燃燒更充分，可以提高汽油的熱值，這樣說對(duì)嗎？”

小猴淘淘說：“對(duì)了?！?/p>

皮皮想了想，說：“不對(duì)，不對(duì)！熱值定義的是充分燃燒，汽油沒有充分燃燒時(shí)計(jì)算出的熱值是不準(zhǔn)確的，不能根據(jù)這時(shí)候的數(shù)據(jù)說它的熱值少了?！?/p>

小猴淘淘想了想，說：“對(duì)，我錯(cuò)了，我還是對(duì)熱值理解不夠?。〔贿^，現(xiàn)在我明白了?！?/p>

物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)

山下已經(jīng)是春暖花開，山上依然寒風(fēng)蕭瑟。但由于海拔高，日照還是十分強(qiáng)烈。這天，皮皮和狐貍爺爺?shù)酱浜吷⒉?。不知不覺到了中午，爺孫倆坐在一塊大石頭上休息，大石頭被曬得暖暖的，坐在上面十分舒服。這時(shí)，皮皮忽然有了一個(gè)問題，他問狐貍爺爺：“爺爺，剛才我去湖邊玩水，感覺那水真涼啊，可這石頭怎么這么暖和？它們都接受了一樣的日照，怎么水溫升不起來呢？”

狐貍爺爺說：“物質(zhì)吸熱的能力是不同的，相同質(zhì)量的不同物質(zhì)升高1℃，有的吸收熱量多，有的吸收熱量少，物質(zhì)的這個(gè)特性是用比熱容來表示的。”

“比熱容？名字怪怪的。它是用來表示物質(zhì)的吸熱能力的嗎？”皮皮問道。

“是的。比熱容大的物質(zhì)吸熱能力強(qiáng)，放熱能力也強(qiáng)。如果所有物質(zhì)都降低1℃，那么比熱容大的物質(zhì)放熱多?！焙偁敔斦f。

皮皮撓了撓頭，說：“哎呀，這個(gè)概念不好理解呢！”

狐貍爺爺繼續(xù)解釋：“比熱容表示的是，單位質(zhì)量的某種物質(zhì)，溫度升高或降低1℃時(shí)吸收或放出的熱量。”

皮皮問：“那水和石頭的比熱容是不同的嘍？”

狐貍爺爺肯定地回答說：“不僅不同，相差還很大。水的比熱容很大，而石頭的很小。假如質(zhì)量相同，吸收的熱量相同，由于水的比熱容大于石頭的比熱容，因此水溫變化很小，而石頭溫度變化很大。”

狐貍爺爺?shù)恼n堂

要改變物體的內(nèi)能，可以采用兩種方式：做功和熱傳遞。

內(nèi)能可以用來做功，利用內(nèi)能做功的機(jī)器叫作熱機(jī)，汽車的內(nèi)燃機(jī)就是熱機(jī)。

燃料燃燒會(huì)放出熱量，各種燃料的熱值不同。

各種物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)也不同，物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)用比熱容表示。多水的地區(qū)冬暖夏涼，是因?yàn)樗谋葻崛莺艽蟆?/p>

（編輯 乖乖隆地洞）