§ 14. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Механическая энергия включает кинетическую энергию движения тела и потенциальную энергию взаимодействия тел. Внутренняя энергия относится к движению и взаимодействию частиц вещества. В различных процессах эти составляющие могут изменяться. Например, при падении потенциальная энергия превращается в кинетическую, а при ударе часть энергии переходит во внутреннюю. Поэтому остановившееся тело не обязательно «потеряло энергию» без следа: она могла перейти другим телам или изменить форму.

Закон сохранения энергии утверждает, что полная энергия изолированной системы остаётся постоянной. Изолированной считают систему, которая не обменивается энергией с окружающими телами. Внутри неё могут происходить разнообразные превращения: тела нагреваются, охлаждаются, движутся и деформируются. Суммарная энергия при этом сохраняется. Для применения закона важно правильно выбрать границы системы, иначе передача энергии наружу может ошибочно показаться её исчезновением.

Если на систему действуют внешние силы или она участвует в теплообмене, её полная энергия изменяется. Изменение равно сумме переданного количества теплоты и работы внешних сил. Когда изменение механической энергии можно не учитывать, это соотношение относится к внутренней энергии. Например, если над газом совершают работу и одновременно его нагревают, оба воздействия могут увеличивать внутреннюю энергию. При охлаждении или совершении газом работы знаки соответствующих вкладов меняются.

Закон позволяет объяснять и проверять расчёты тепловых процессов. При смешивании воды энергия горячей части переходит холодной, а при трении механическая энергия становится внутренней. Тепловой баланс является частным применением общего закона сохранения. Важно учитывать, что «потери энергии» в технике означают уменьшение полезной части, а не уничтожение энергии. Например, энергия нагретого двигателя распределяется в окружающем воздухе и становится менее удобной для выполнения нужной работы.