物理关于热能的所有公式

在高中物理中，涉及热能的公式主要围绕热量计算、内能变化以及热机效率等方面，以下为你详细介绍：

热量计算公式

物体温度变化时吸收或放出热量的公式

$Q = cm\Delta T$

其中 $Q$ 表示吸收或放出的热量，单位是焦耳（$J$）；$c$ 是物质的比热容，单位是 $J/(kg\cdot^{\circ}C)$，它反映了单位质量的某种物质温度升高（或降低）$1^{\circ}C$ 所吸收（或放出）的热量；$m$ 是物体的质量，单位是千克（$kg$）；$\Delta T$ 是温度变化量，$\Delta T = T - T_0$（$T$ 是末温，$T_0$ 是初温 ），单位是 $^{\circ}C$。如果是升温过程，$\Delta T>0$，物体吸收热量 $Q>0$；如果是降温过程，$\Delta T<0$，物体放出热量 $Q<0$。

例如，质量为 $2kg$ 的水，温度从 $20^{\circ}C$ 升高到 $80^{\circ}C$，水的比热容 $c_{水}=4.2\times10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)$，则水吸收的热量 $Q = c_{水}m\Delta T = 4.2\times10^{3}J/(kg\cdot^{\circ}C)\times2kg\times(80^{\circ}C - 20^{\circ}C)=5.04\times10^{5}J$。

燃料完全燃烧释放热量的公式

$Q_{放}=mq$（对于固体和液体燃料）

$Q_{放}=qV$（对于气体燃料）

在 $Q_{放}=mq$ 中，$Q_{放}$ 表示燃料完全燃烧放出的热量，单位是焦耳（$J$）；$m$ 是燃料的质量，单位是千克（$kg$）；$q$ 是燃料的热值，单位是 $J/kg$，它表示单位质量的某种燃料完全燃烧时所放出的热量。

在 $Q_{放}=qV$ 中，$V$ 是气体燃料的体积，单位是立方米（$m^{3}$），$q$ 的单位是 $J/m^{3}$，表示单位体积的某种气体燃料完全燃烧时所放出的热量。

例如，完全燃烧 $0.5kg$ 热值为 $3\times10^{7}J/kg$ 的焦炭，放出的热量 $Q_{放}=mq = 0.5kg\times3\times10^{7}J/kg = 1.5\times10^{7}J$；若完全燃烧 $2m^{3}$ 热值为 $4\times10^{7}J/m^{3}$ 的天然气，放出的热量 $Q_{放}=qV = 4\times10^{7}J/m^{3}\times2m^{3}=8\times10^{7}J$。

内能相关公式

改变内能的两种方式及内能变化公式

做功和热传递都可以改变物体的内能。如果外界对物体做功 $W$，同时物体从外界吸收热量 $Q$，那么物体内能的增加量 $\Delta U$ 满足热力学第一定律：$\Delta U = W + Q$

其中 $\Delta U$ 表示物体内能的变化量，$W$ 表示外界对物体做的功（当物体对外界做功时，$W$ 取负值），$Q$ 表示物体吸收的热量（当物体放出热量时，$Q$ 取负值）。

例如，一定质量的气体，外界对它做功 $500J$，同时它向外界放出 $300J$ 的热量，则该气体内能的变化量 $\Delta U = W + Q = 500J+( - 300J)=200J$，即气体内能增加了 $200J$。

热机效率公式

热机效率的定义式

$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}\times100\%$

其中 $\eta$ 是热机效率；$W_{有}$ 是热机对外做的有用功；$Q_{放}$ 是燃料完全燃烧放出的热量。热机效率反映了热机将燃料燃烧释放的内能转化为有用机械能的比例，由于存在各种能量损失，热机效率总是小于 $100\%$。

例如，一台热机消耗了热值为 $4\times10^{7}J/kg$ 的汽油 $2kg$，对外做的有用功为 \(2\times10