3.3. Закон сохранения и превращения энергии

Механическая энергия является лишь одним из многих видов энергии. В настоящее время кроме механической энергии известны химическая, электрическая, электромагнитная (в частности, лучистая), ядерная и другие виды энергии, с которыми мы ознакомимся в соответствующих разделах курса. В природе и технике постоянно имеют место переходы (превращения) энергии из одних видов в другие. Приведем примеры процессов, сопровождающихся превращением энергии, объединив их для наглядности в таблицу. При рассмотрении таблицы следует не забывать, что при любых превращениях энергии некоторая ее часть непременно превращается в теплоту (энергию беспорядочного движения молекул); это

обстоятельство в таблице не отражено.

Процесс или прибор	Превращение энергии
	из вида	в вид
Электромашинный генератор Гальванический элемент Электродвигатель Зарядка аккумулятора Фотосинтез Фотоэффект Ядерный реактор	Механическая Химическая Электрическая Электрическая Электромагнитная Электромагнитная Ядерная	Электрическая Электрическая Механическая Химическая Химическая Электрическая Механическая, электромагнитная и др.

Полная энергия системы складывается из всех присущих системе видов энергии. Опыт показывает, что какие бы превращения энергии ни происходили в изолированной системе, величина полной энергии изолированной системы остается постоянной:

.

При этом, будучи несозидаемой и неуничтожаемой, энергия может превращаться из одних видов в другие.

Эти положения являются наиболее общей формулировкой закона сохранения и превращения энергии: в ней отражены основные свойства энергии — количественная неизменность и качественная изменчивость.

Применительно к неизолированным системам закон сохранения и превращения энергии формулируется так:

изменение энергии неизолированной системы равно работе , совершаемой системой:

Если работа совершается внутренними силами самой системы, то и энергия системы убывает. Если же работа совершается внешними силами над системой, то и энергия системы возрастает.

К более углубленному рассмотрению закона сохранения и превращения энергии мы еще вернемся в связи с изучением термодинамических процессов.

Следует подчеркнуть, что закон сохранения и превращения энергии является результатом обобщения многовекового опыта и имеет большую историю.

Идея этого закона была выражена еще в 1748 г. М. В. Ломоносовым в его законе сохранения материи и движения, изложенном им впервые в письме к Эйлеру: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; сколько кто часов положит на бдение, столько же от сна отнимет. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своей силой другое, столько же оную у себя теряет, сколько сообщает другому, которое у него движение получает».

Последующие работы по изучению взаимосвязи процессов: механических и тепловых (Деви — 1800 г., Карно — 1824 г., Якоби — 1834 г.), химических и электрических (Вольта — 1799 г.), механических и электрических (Фарадей — 1831 г., Ленц — 1833 г.), химических и тепловых (Гесс — 1840 г.), тепловых и электрических (Пельтье — 1834 г., Джоуль — 1841 г., Ленц— 1842 г.) и обобщающие исследования Майера 1842—1845 гг .) и Гельмгольца 1847 г.) — привели к установлению всеобщего закона сохранения и превращения энергии. Датой его окончательной формулировки можно считать I860 г., когда Кельвин ввел термин «энергия» вместо термина «сила природы».

Закон сохранения и превращения энергии является всеобщим законом природы, не имеющим исключений; вновь открываемые процессы и явления лишь подтверждают его. Однако именно ввиду всеобщности закона он не имеет общего теоретического доказательства и может быть теоретически выведен только для частных случаев (конкретных процессов).