给物体加热升温的内部原理是什么呢,ptc加热芯原理图解

这些是一个盒子内的空气分子，假如我们给这个盒子的外壁加热一下，也可以理解成，我们给这些空气分子中的少量分子提供一些动能，然后那些获得动能的分子就会在盒子内部乱串，并撞上其他的分子，从而也使得其他的分子也跟着动起来。

最终，我们给盒子加热的能量就会迅速地在盒子内几乎所有的空气分子中扩散开来，这部分扩散的能量，有一部分会使一些分子发生旋转，还有一部分则会使一些分子做空间运动，同时也还有一些分子是既在旋转，也在做空间运动的，这其中，其实只有在空间中运动的分子才会对温度产生影响。

所以，温度的基本定义，其实就是分子的平均动能，而这动能其实并不完全包括分子的旋转，就比如说一个绕着两个氧原子中心轴旋转的氧分子，因为它们几乎所有的质量都集中在了原子核内，而原子核又很小，它给原子提供的惯性矩几乎就没有，所以与原子旋转相关的能量也就小到可以忽略不计了。

对于前面说的盒子的内部，可以看作是一个系统，而我们假设这个系统里面的气体是由一种像氦气这样的单个原子组成的分子，那么我们添加到这个系统中的热量，它可以使里面的分子往上下，前后跟左右，也就是数学上的X,Y,Z这三个轴上运动。

换一个术语来说，就是这样的一个系统中含有三个不同的自由度。

可假如说这个系统中的分子是由两个原子所组成的呢？那么分子除了能在这三个不同的自由度上活动之外，它们还可以竖向旋转，也可以横向旋转，而两个旋转的方向，也属于系统内的两个自由度，所以这个系统就会有五个不同的自由度。

当我们给这个拥有五个自由度的系统加热的时候，热量就会平均地分配到系统中的这五个不同的自由度中。

简单一点地说，假如我们将五个单位的热能输入到这个系统中的话，那么这个系统的五个不同的自由度都将会获得一个单位的热量。

但仅有X,Y,Z这三个自由度上所获得的能量才能提高这个系统的温度，也就是说，我们使用的五个单位能量，但仅有其中的三个发挥了提高系统温度的作用。

所以相比之下，如果系统中仅有三个自由度的话，那么我们给系统添加五个单位的热量，它就会将这五份热量完全的转化成温度，但在五个自由度中的系统，被转化成温度的却仅有三份热量。

当然，这只是个简化的理解方式而已，因为在实际的加热过程中，被输入到系统中的能量也还会做其他的一些跟温度无关的事的，就比如说，能量会使原子中的电子能级发生跃迁，但这个基本就跟前面所说的绕着两个氧原子中心轴旋转的氧分子一样，它消耗的能量是可以忽略不计的。

所以，如果我们只考虑实际输入的热量全部流入到系统的自由度中的话，那么能量将趋于平均地分布在所有不同的自由度中。

而假如由这图象中的两种不同的分子组成的系统呢？那么这个系统的自由度就多达11个，其中的5个是不同类型的旋转，还有6个是不同类型的空间运动。

当我们给这个系统输入热量之后，热量将会平均地流入到这11个不同的自由度中，但跟前面说的一样，因为温度的定义是分子的平均动能，而这动能中，并不包括分子的旋转，所以这11个不同的自由度中，仅有6个不同类型的空间运动上的自由度能给这个系统提高温度。

其实，对于分子，我们前面还故意忽略的一个化学键的问题。

而分子内的化学键就像连接原子与原子之间的弹簧一样，它们是可以引起分子的收缩振动的。

这些振动，实际上也属于自由度上的一种，它对温度也是发挥着很重要的作用的。

就比如说固体之中，它们之所以能被加热，靠的就是这些原子的振动。

在固体中的分子，或者说是原子，它们跟气体或者液体中的不同，因为它们本身都是被化学键固定着的，所以在它们的系统中并不存在旋转的这一种自由度，当然也不存在空间运动上的自由度。

当我们给固体加热的时候，热能会全部地转化成原子振动的动能跟化学键上的势能，同样的，固体温度的提上也是分子平均动能的一种体现。

而势能虽然不能在温度上直接体现出来，但它可以跟动能进行来回的转化，所以整体上来说，给固体添加的热量，最终在温度的转化率上，其实是要比液体跟气体的高的。

最后利用前面说的这些关于温度上的原理给大家解释，为什么水被加热升温的速度为什么是最慢的，原因不只是因为水系统中含有三个与升温无关的旋转类型的自由度，还有的就是水中还有氢键，它可以简单的理解成一种自由度很大的化学键，当水杯加热的时候，很多的热量都消耗在这个化学键上了。