可以将能量从一种形式转换为另一种形式,但是更改完成之前存在的所有能量始终以某种形式存在。这种观察体现在能量守恒定律上:在化学或物理变化过程中,虽然可以改变形式,但既不能产生也不能破坏能量。
根据物质守恒定律,在化学变化过程中,总物质量没有可检测的变化。当发生化学反应时,能量变化相对较小,质量变化太小而无法测量。因此,物质和能量守恒定律保持良好。但是,在核反应中,能量变化要大得多(大约百万分之一),质量变化是可测量的,物质-能量的转换非常重要。
物质充当能量的储存库,这意味着可以向其中添加能量或从中移除能量。当其原子或分子的动能升高时,能量就存储在该物质中。更大的动能可以是原子或分子的平移(行程或直线运动),振动或旋转增加的形式。当热能损失时,这些运动的强度降低,动能下降。
一种物质中所有可能存在的各种能量的总和称为内部能量( U ),有时也表示为 E 。
随着系统的变化,其内部能量会发生变化,并且能量可以从系统传递到周围环境,或从周围环境传递到系统。因此,周围环境的能量也会发生相等而相反的变化。
内部能量是状态函数(或状态变量)的一个示例,而热量和功不是状态函数。状态函数的值仅取决于系统所处的状态,而不取决于如何达到该状态。如果数量不是状态函数,则其值确实取决于状态的实现方式。状态函数的一个示例是海拔或海拔高度。站在山顶。乞力马扎罗山(Mt. Kilimanjaro)海拔5895 m,无论到达那里是有人远足还是跳伞,都没关系。但是,到达乞力马扎罗山顶的距离不是状态函数。人们可以通过一条直接的路线或一条更绕圈的迂回路径攀登到山顶。因此,行进的距离会有所不同(距离不是状态函数);但是,到达的海拔高度将是相同的(海拔高度是状态函数)。
本文改编自 OpenStax 化学 2e,第5.1节:能源基础和 OpenStax 化学2e,第5.3节:焓。