§ 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.
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.
