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{{noteTA|G1=物理學}}
'''熱能'''（{{lang-en|thermal energy}}）在熱力學上，是存在於热力学系统（或物體）[[內能]]的一種形式，是其处于“热平衡”时的“热力学能”。热能的宏觀表現，為该系统或物体的[[溫度]]；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。

一個物體的熱能和其整體的運動狀態（即物體的位置與速度）無關，僅和物體的內部狀態有關，因此我們有時也稱熱能為內能。

熱能這個概念在物理或熱力學方面沒有明確定義，因為內部能量可以在不改變溫度的情況下進行改變，而無法區分系統內部能量的哪一部分是“熱”。熱能有時被鬆散地用作更嚴格的熱力學量（例如系統的（整個）內部能量）的同義詞；或用於定義為能量轉移類型的熱或顯熱（正如作[[功 (热力学)|功]](work)是另一種類型的能量轉移）。熱量和[[功 (热力学)|功]]取決於能量轉移發生的方式。

==傳播==
熱是一種能量的表現方式，所以熱的傳播就是熱能的轉移。並由高溫向低溫流動。轉移方式有三種:
# [[熱傳導|傳導]]，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。傳導速率因介質的比熱和狀態有關而異，同介質固體>液體>氣體。固體、液體、氣體皆可呈現。
# [[對流]]，是流体内部分子运动所导致的传热方式
# [[輻射]]，是以波或[[次原子粒子]]传递的方式

== 熱功當量 ==
功與能量的單位是焦耳，熱量的單位是'''卡'''，1卡就是讓1公克的水從14.5 °C 升至15.5°C所需的熱量。英國人焦耳在1837~1847年間，以一連串的實驗證實了'''熱量與功之間可以互相轉換'''，並定出了它們單位之間換算的比值。

== 定义式 ==
热水中一个粒子的热能是：

<math>U_{thermal} = f \cdot \frac{1}{2} kT.</math>  

其中f是指[[自由度 (物理学)|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，

<math>U_{thermal, monatomic} = \frac{3}{2} kT.</math>  

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，

<math>U_{thermal} = N \cdot f \cdot \frac{1}{2} kT.</math>

请注意，''U<sub>thermal</sub>''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=mc<sup>2</sup>）。

== 與熱量和內能的關係 ==
[[熱量]]是自發地從較熱的系統或物體傳遞的能量。熱量是轉移的能量，而不是系統的性质，或者“包含”在系統的邊界內。另一方面，[[內能]]是系統的性质。在理想氣體中，內能是氣體粒子的動能的統計學平均值，作為動力學運動是動力源，也是导致跨越系統邊界的熱量傳遞的原因。在這個意義上，理想氣體的內能可以被認為是“熱能”。然而，在這種情況下，熱能和內能是相同的。

比理想氣體更複雜的系統（如真實氣體）可能會發生相變。相變可以改變系統的內能而不改變其溫度。因此，熱能不能僅由溫度來定義。熱能也不能通過內能和系統內外的淨熱傳遞之間的差異來定義，因為它很容易構建系統開始和結束於完全相同狀態的熱力循環，但是有一個淨循環過程中進出熱量。這些循環可以在相當小的發電機上引起，從而產生轉子以旋轉和發電。這被稱為發電。

由於這些原因，系統的熱能概念不明確，不用於熱力學。

== 歷史背景 ==
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）在1847年題為“物質，生命力和熱力”的演講中，描述了與熱能和熱量密切相關的各種術語。他將“潛熱”和“明熱”這兩個術語分別定義為各種不同的物理現象，即分別是潛在和動能。他將潛在能量描述為在給定的顆粒構型（即潛在能量的形式）中的相互作用的能量，以及由於熱能而由溫度計測量的能量影響溫度的顯熱，他稱之為活力。

== 参考文献 ==
{{reflist}}

== 参见条目 ==
*[[焓]]
*[[熵 (热力学)|熵]]
*[[热传递]]
*[[热力学]]
*[[海水溫差發電]]

[[Category:能量]]
[[Category:热力学]]
[[Category:能量形式]]