热能

热能（英语：thermal energy）在热力学上，是存在于热力学系统（或物体）内能的一种形式，是其处于“热平衡”时的“热力学能”。热能的宏观表现，为该系统或物体的温度；微观上来看，热能是由于其构成原子或分子无序运动而产生的能量，也是其以显热或潜热的形式所表现的能量。

一个物体的热能和其整体的运动状态（即物体的位置与速度）无关，仅和物体的内部状态有关，因此我们有时也称热能为内能。

热能这个概念在物理或热力学方面没有明确定义，因为内部能量可以在不改变温度的情况下进行改变，而无法区分系统内部能量的哪一部分是“热”。热能有时被松散地用作更严格的热力学量（例如系统的（整个）内部能量）的同义词；或用于定义为能量转移类型的热或显热（正如作功(work)是另一种类型的能量转移）。热量和功取决于能量转移发生的方式。

传播

热是一种能量的表现方式，所以热的传播就是热能的转移。并由高温向低温流动。转移方式有三种:

1. 传导，是一个分子向另一个分子传递通过振动传递能量的传热方式。传导速率因介质的比热和状态有关而异，同介质固体>液体>气体。固体、液体、气体皆可呈现。
2. 对流，是流体内部分子运动所导致的传热方式
3. 辐射，是以波或亚原子粒子传递的方式

热功当量

功与能量的单位是焦耳，热量的单位是卡，1卡就是让1公克的水从14.5 °C 升至15.5°C所需的热量。英国人焦耳在1837~1847年间，以一连串的实验证实了热量与功之间可以互相转换，并定出了它们单位之间换算的比值。

定义式

热水中一个粒子的热能是：

$U_{thermal}=f\cdot {\frac {1}{2}}kT.$

其中f是指自由度，T指温度，K为波尔兹曼常数。例如，在理想气体中的一个粒子有三个自由度，因此，

$U_{thermal,monatomic}={\frac {3}{2}}kT.$

总热能为在系统中所有粒子的热能总和。因此，对于一个有N个粒子的系统，

$U_{thermal}=N\cdot f\cdot {\frac {1}{2}}kT.$

请注意，U_thermal只是总系统能量的一部分，一些能量不随温度而改变，如势能、键能或不变质量（E=mc²）。

与热量和内能的关系

热量是自发地从较热的系统或物体传递的能量。热量是转移的能量，而不是系统的性质，或者“包含”在系统的边界内。另一方面，内能是系统的性质。在理想气体中，内能是气体粒子的动能的统计学平均值，作为动力学运动是动力源，也是导致跨越系统边界的热量传递的原因。在这个意义上，理想气体的内能可以被认为是“热能”。然而，在这种情况下，热能和内能是相同的。

比理想气体更复杂的系统（如真实气体）可能会发生相变。相变可以改变系统的内能而不改变其温度。因此，热能不能仅由温度来定义。热能也不能通过内能和系统内外的净热传递之间的差异来定义，因为它很容易构建系统开始和结束于完全相同状态的热力循环，但是有一个净循环过程中进出热量。这些循环可以在相当小的发电机上引起，从而产生转子以旋转和发电。这被称为发电。

由于这些原因，系统的热能概念不明确，不用于热力学。

历史背景

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）在1847年题为“物质，生命力和热力”的演讲中，描述了与热能和热量密切相关的各种术语。他将“潜热”和“明热”这两个术语分别定义为各种不同的物理现象，即分别是潜在和动能。他将潜在能量描述为在给定的颗粒构型（即潜在能量的形式）中的相互作用的能量，以及由于热能而由温度计测量的能量影响温度的显热，他称之为活力。

参见条目

• 焓
• 熵
• 热传递
• 热力学
• 海水温差发电