Понятие об энергии. Закон сохранения энергии

Из предыдущего параграфа мы знаем, что когда тело движется под действием некоторой силы, преодолевая силу сопротивления, то оно совершает работу. С другой стороны, мы знаем, что как движущая сила, так и сила сопротивления не могут возникнуть сами собой, а являются результатом действия одного тела на другое.

Следовательно, работа может быть произведена только при взаимодействии двух или нескольких тел. Одно тело, действуя на другое, может производить работу только до тех пор, пока у него есть, как говорят, запас работы.

Например, вода, падая на мельничное колесо, заставляет его вращаться, т. е. производит работу, но после этого она уже неспособна производить работу (в данном месте реки); горючее, сгорая в цилиндрах мотора, давит на поршни и заставляет их двигаться, т. е. производит работу, но от продуктов сгорания горючего получить работу мы уже не можем и т. д.

Итак, тело, действуя на другое, не может работать бесконечно, а только до тех пор, пока не иссякнет его запас работы.

Запас возможной работы, которым обладает тело, называется энергией тела (греч. energeia — деятельность, работоспособность). Когда тело совершает работу, то его энергия (запас энергии) уменьшается или даже становится равной нулю.

Существует четыре формы энергии: 1) механическая энергия (например энергия вращающегося вала мотора); 2) электрическая энергия (энергия электрического тока); 3) внутренняя энергия (энергия газов, образовавшихся после сгорания горючего в цилиндрах мотора, химическая энергия); 4) лучистая энергия (энергия тепловых и световых лучей, радиоволн и пр.).

Из повседневного опыта мы знаем, что одна форм энергии может переходить в другую. Например, внутренняя энергия топлива, сгорающего в цилиндрах двигателя, переходит в механическую энергию вращающегося маховика: динамомашина перерабатывает эту механическую энергию в электрическую, последняя же в электролампах переходит в лучистую энергию.

Установлено, что при переходе одной формы энергии в другую никакое, даже самое малое, количество энергии не пропадает. Основной закон природы — закон сохранения энергии (установлен в XIX в.) гласит: энергия не может ни создаваться вновь, ни исчезнуть, она лишь видоизменяется, передаваясь от одних тел к другим.

Когда тело производит работу, то его энергия соответственно уменьшается. Иначе говоря, работа, совершаемая телом, равна убыли энергии тела. Следовательно, если обозначить работу, совершенную телом, через А, энергию тела до совершения им работы через Е₁ и после совершения работы через Е₂, то можно напирать: А = Е₁ - Е₂.

Таким образом, переданную или превращенную энергию можно измерять совершенной работой. Так как работа измеряется килограммометрами, то и энергия также выражается в килограммометрах (кгм).

Полное термодинамическое равновесие. Основные законы теплового излучения. Локальное термодинамическое равновесие. Полное термодинамическое равновесие — это состояние, к ко­торому со временем должна прийти система, заключенная вну­три замкнутой полости.

Такая полость представляет собой мо­дель абсолютно черного тела, поскольку любой луч, проникший внутрь сквозь бесконечно малое отверстие, будет полностью по­глощен в результате многократных отражений внутри полости, из какого бы материала ни состояли стенки или находящиеся внутри полости частицы.

Соответственно установившееся при термодинамическом равновесии излучение называется равновес­ным тепловым излучением или излучением абсолютно черного тела. При полном термодинамическом равновесии температура и радиация внутри полости не меняются ни в пространстве, ни во времени, радиация не зависит от направления.

Поэтому каж­дый элемент объёма или поверхности излучает столько же энер­гии, сколько подучает, и радиационный приток тепла отсутст­вует. Для равновесного теплового излучения выполняется ряд фундаментальных физических законов.