热和能思维导图，中心为“热与能”，分支含热量传递方式、能量转化、比热容概念，关联生活实例如烧水、摩擦生热等，展现知识体系。
《热和能思维导图》 在物理学中，“热”与“能”是两个紧密相连且极为重要的概念，它们贯穿于我们生活的方方面面，从日常取暖到工业生产，从自然现象到高科技领域都有涉及，通过构建思维导图来梳理这些知识，有助于我们更系统、全面地理解它们之间的关系以及各自的特点和应用。
热量
（一）定义
热量是指在热传递过程中传递的能量的多少,它反映了物体间因温度差而进行的能量交换情况，当两个不同温度的物体接触时，高温物体将向低温物体传递热量，直到两者温度相同为止，把一杯热水放在室温环境中，水会逐渐变凉，这就是因为水向周围空气释放了热量。
| 符号 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|
| Q | 焦耳（J） | 用来度量热量的大小，1焦耳相当于用1牛顿的力使物体在力的方向上移动1米所做的功所对应的能量转化量，但在热量语境下有特定含义 |
（二）传递方式
- 传导
- 原理：热量沿着物体内部由高温部分向低温部分传递的过程，这是由于组成物体的微观粒子（如分子、原子等）的热运动引起的相互作用导致的，金属是良好的导热体，因为其内部存在大量自由电子，能够快速地将热量从一个区域带到另一个区域，铁锅炒菜时，火焰加热锅底，热量通过锅体的金属材质迅速传导至整个锅壁，进而使锅中的食物受热煮熟。
- 影响因素：材料的导热性能、温度梯度、接触面积等都会影响传导的速度和效率，固体比液体和气体更善于传导热量；温差越大，单位时间内传递的热量越多；增大接触面积也可加快热量传导速度。
- 对流
- 原理：流体（液体或气体）中较热的部分因密度减小而上升，较冷的部分因密度较大而下沉，从而形成循环流动，实现热量的传递，冬天室内使用暖气取暖时，靠近暖气片的空气受热膨胀变轻后向上流动，上方冷空气则补充过来被加热后再上升，如此反复形成对流，使整个房间逐渐升温。
- 类型：自然对流和强制对流，自然对流依靠流体自身的浮力差异产生流动；强制对流则是借助外力（如风扇、泵等设备）促使流体加速流动以增强热量传递效果，像电脑主机内的散热风扇就是利用强制对流原理，快速带走电器元件产生的热量，防止过热损坏设备。
- 辐射
- 原理：不需要介质参与，任何具有温度的物体都会以电磁波的形式向外发射能量，这种能量传播方式称为辐射，太阳就是一个巨大的辐射源，地球接收到太阳能后维持着表面的适宜温度和生命活动所需的能量来源，人体也会不断向外辐射红外线，医学上的红外测温仪正是基于这一原理工作的。
- 特点：可以在真空中进行，无需中间介质；辐射强度与物体的温度、表面积以及表面性质有关，黑色粗糙的表面通常比白色光滑的表面更能有效地吸收和发射辐射能。
内能
（一）概念
构成物体的所有分子做无规则热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能,一切物体都具有内能，无论其处于何种状态（固态、液态或气态），即使是冰冷的冰块也有内能，只是它的分子运动相对较缓慢而已。
| 改变方式 | 具体解释 | 实例 |
|---|---|---|
| 做功 | 对物体做功可以使物体内能增加，如摩擦生热；物体对外做功则会使自身内能减少，如气体膨胀推动活塞做功时内能转化为机械能 | 钻木取火是通过摩擦力做功将机械能转化为木材的内能，使其温度升高达到燃点而燃烧起来 |
| 热传递 | 热量从高温物体传给低温物体的过程伴随着内能的改变，高温物体放出热量内能减少，低温物体吸收热量内能增加 | 烧水时，火焰将热量传递给水壶中的水，水的内能不断增加，水温逐渐升高直至沸腾 |
（二）与机械能的区别联系
- 区别
- 本质不同：机械能是与物体宏观运动有关的能量形式，包括动能和势能；而内能是物体内部微观粒子运动所具有的能量总和，飞行中的子弹具有机械能，同时其内部的分子也在不停地做无规则运动，具有内能，但这两种能量的性质完全不同。
- 影响因素不同：机械能的大小取决于物体的质量、速度、高度等因素；内能的大小主要取决于物体的温度、质量、物质种类及状态等，一个静止在地面上的小石块有一定的内能，但它没有机械能（因为没有宏观的运动速度和相对高度）。
- 联系 在一定条件下可以相互转化，水力发电站中，水的重力势能转化为涡轮机的动能，再通过发电机转化为电能，在这个过程中不可避免地会有部分能量因摩擦等原因转化为内能，导致设备温度升高；反之，内燃机工作时，燃料燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，将内能转化为机械能输出动力。
比热容
（一）定义
单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容，它是衡量不同物质吸放热能力的物理量，水的比热容较大，意味着它在吸收或放出相同热量的情况下，温度变化较小，这也是为什么沿海地区昼夜温差比内陆地区小的原因之一，因为海水的存在调节了周边环境的气温变化幅度。
| 公式 | 各字母代表含义 | 单位 |
|---|---|---|
| c = Q / (mΔt) | c表示比热容，Q表示吸收或放出的热量，m表示物体质量，Δt表示温度变化量 | 焦每千克摄氏度[J/(kg·℃)] |
（二）应用
- 解释自然现象：如沙漠地区的昼夜温差大，就是因为沙子的比热容小，白天吸收太阳辐射能后温度迅速升高，夜晚散热时温度又急剧下降；而海洋性气候区域由于水的比热容大，气温变化平缓。
- 生活中的应用：汽车发动机用水作为冷却剂，利用水的比热容大的特性来吸收发动机工作时产生的大量热量，防止发动机过热损坏；冬季北方室内供暖使用的热水散热器也是基于同样原理，通过热水循环释放热量提高室内温度。
能量守恒定律在热学中的应用
在一个封闭系统中,能量既不会凭空产生也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变，在热机的工作循环中，燃料燃烧释放的化学能先转化为工作物质的内能，再进一步转化为机械能对外做功，同时不可避免地有一部分能量以废热的形式散失掉，但整个系统的总能量始终不变，这一定律为我们分析和解决各种涉及热现象的能量问题提供了基本依据。
相关问题与解答
问题1：为什么沿海地区昼夜温差比内陆地区小？
解答：因为水的比热容较大，在同样的日照条件下，质量相同的海水和陆地相比，海水吸收或放出相同热量时温度变化较小，白天，太阳照射下海水升温慢，陆地升温快；夜晚，海水降温慢，陆地降温快，所以沿海地区昼夜温差小，而内陆地区昼夜温差大。
问题2：用打气筒给自行车轮胎打气时，气筒壁为什么会发热？
解答：主要原因是做功改变了物体的内能，当用力压缩气体时，活塞对气体做功，使气体的内能增加，温度升高；克服活塞与气筒壁之间的摩擦力也做了功，产生的热量传递给了气筒壁，从而使气筒壁发热，气体被压缩后体积减小，分子间的碰撞更加频繁剧烈，也会导致温度上升并向气筒壁传热
