210. Закон сохранения энергии.

§ 210. Закон сохранения энергии.
Закон сохранения энергии, применение которого мы рассмотрели для случаев, когда
происходит передача теплоты (§ 204) или когда наряду с тепловыми явлениями
происходят и механические (§ 202), имеет всеобъемлющее значение. Он применим ко
всем без исключения явлениям природы. Несколько примеров позволят глубже уяснить
смысл этого закона.
Пусть происходит какая-нибудь химическая реакция, например горение угля в воздухе.
При этом передается теплота окружающим телам; они нагреваются, т. е. увеличивается
их энергия. Кроме того, сгорание угля может сопровождаться еще и совершением
некоторой механической работы, если, например, уголь сгорает в топке котла паровой
машины. Изменилось ли еще что-нибудь в нашей системе тел (уголь, воздух, машина) во
время процесса работы машины? До горения мы имели уголь и кислород воздуха, после
сгорания — углекислый газ. Следовательно, изменился и химический состав тел. Таким
образом, изменение химического состава тел сопровождается совершением работы и
нагреванием, т. е, передачей теплоты. Отсюда мы делаем заключение, что внутренняя
энергия тел зависит также от их химического состава. В нашем примере энергия угля и
кислорода, содержащегося в воздухе, больше, чем энергия образовавшегося из них
углекислого газа. Избыток энергии угля и кислорода над энергией углекислого газа и
пошел на нагревание окружающих тел и на совершение работы.
Рассмотрим еще пример: тела, заряженные электричеством, например грозовые облака.
При образовании молнии происходит ряд изменений: нагревается воздух и разряжаются
облака. Энергия тел зависит не только от их температуры, но и от распределения
электрических зарядов на этих телах. При разряде изменяется и то и другое, но полная
энергия облаков и воздуха остается неизменной. Эта неизменность полной энергии при
всех происходящих процессах и представляет собой закон сохранения энергии. Его
можно в самом общем виде сформулировать следующим образом.
Энергия тел зависит от их скоростей, положения, температуры, формы, химического
состава и т. д. Изменение энергии тел происходит либо за счет работы, совершаемой
этими телами, либо за счет передачи энергии другим телам. Если мы рассматриваем все
тела, участвующие в процессе, то полная энергия их остается неизменной.
Самым существенным в этом законе является необходимость учитывать все тела,
участвующие в рассматриваемых процессах. Это не всегда легко сделать. Так, во втором
из разобранных нами примеров, кроме указанных изменений, происходит ряд других,
менее значительных, а именно: от молнии во все стороны распространяется свет,
слышен гром, т. е. разносится звук; происходит соединение азота и кислорода воздуха,
образующих некоторое количество окислов азота, и т. д. Звук и свет поглощаются
окружающими телами, что в конце концов также вызывает их нагревание. Но
нагревающиеся при поглощении звука и света тела могут находиться очень далеко от
места образования молнии. В частности, свет от молнии может даже уйти за пределы
земного шара и поглотиться где-нибудь на отдаленных мировых телах.
Таким образом, строго говоря, при учете всех тел, участвующих в рассматриваемом
процессе, мы практически можем встретиться с непреодолимыми затруднениями.
1/2
§ 210. Закон сохранения энергии.
Однако в тех случаях, где такой учет возможно провести достаточно строго, мы всегда
убеждаемся в справедливости закона сохранения энергии. Это приводит нас к
убеждению, что кажущиеся отступления от этого закона объясняются недостаточно
полным учетом всех происшедших изменений; и действительно, всегда в этих случаях
удается указать на какие-нибудь пропуски в полноте учета. Поэтому мы убеждены во
всеобъемлющем значении закона сохранения энергии.
В настоящее время уже нет нужды проверять этот закон в каждом конкретном случае;
наоборот, убеждение в его справедливости позволяет при рассмотрении конкретных
случаев предвидеть результаты или исправлять ошибки в рассуждениях. Закон
сохранения энергии принадлежит к числу плодотворнейших, и им широко пользуются в
самых разнообразных случаях.
2/2