Закон сохранения энергии

Законы природы изучают различные науки: физика, химия, биология и др. Каждая наука рассматривает законы, применимые только к ограниченному кругу природных явлений. Однако существуют некоторые общие законы природы, которые, как показывает опыт, оказываются справедливыми для любых объектов, для любых явлений и процессов. К таким законам относятся законы сохранения. Сейчас рассмотрим закон сохранения энергии. А в других статьях рассмотрены закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса, другие законы сохранения.

Одним из понятий, играющих важную роль во всех естественных науках, является понятие энергии.

Общее определение энергии - это способность тела или системы тел совершать работу. (Поскольку одно тело тоже можно рассматривать как систему, далее будем говорить о системе тел, или просто системе.) При совершении системой работы над внешними по отношению к ней телами ее энергия уменьшается. Если же, наоборот, над системой совершается работа внешними телами, энергия системы увеличивается. Замкнутой системой называют систему, не взаимодействующую с каким бы то ни было окружением. Такая система, естественно, не может совершать какой-либо (положительной или отрицательной) работы над внешними телами.

Энергия замкнутой системы сохраняется, т. е. остается неизменной во времени при любых процессах, происходящих внутри системы.

Следует понимать, что понятие «замкнутая система» есть идеализированное понятие. Любая реальная система всегда взаимодействует с окружением. Однако если совершаемая при этом работа мала, то систему приближенно можно рассматривать как замкнутую.

Энергия может принимать различные виды. В механике различают потенциальную и кинетическую энергии, которые могут переходить друг в друга, например, при движении брошенного камня. Сумму кинетической и потенциальной энергий называют механической энергией. Механическая энергия может приближенно сохраняться, однако при наличии сил трения или неупругой деформации переходит во внутреннюю энергию. Внутренняя энергия есть энергия микрочастиц, составляющих вещество. Обратный процесс - переход внутренней энергии в механическую - происходит в тепловых двигателях.

С электрическими и магнитными силами связана своя энергия, которая в конечном итоге является энергией электромагнитного поля. Эта энергия может переходить во внутреннюю (вспомните закон Джоуля-Ленца). Но источниками тока могут быть гальванические элементы, при действии которых химическая энергия переходит в энергию поля.

Различные виды энергии могут переходить друг в друга при протекании различных процессов.

Внутренняя энергия энергия и химическая энергия связаны с движением микрочастиц и полей. Поэтому на фундаментальном уровне любая энергия сводится к кинетической энергии частиц, составляющих вещество, и энергии фундаментальных полей.

Читать далее