§ 77. Взаимные превращения механической и тепловой энергии

Понятия о равновесии, об обратимости и необратимости процессов, являются общими и относятся ко всем процессам, происходящим в природе.

Одним из процессов, часто происходящих в природе при переходе какой-нибудь системы к равновесию, является превращение механической энергии в теплоту. Примером такого превращения является выделение тепла при трении. Напомним, что механической энергией мы здесь и в дальнейшем будем называть макроскопическую энергию, т. е. кинетическую энергию движения тел и их потенциальную энергию, обусловленную силами, действующими на эти тела. В противоположность этому кинетическая энергия

тепловых движений молекул и потенциальная энергия их взаимодействия называется внутренней энергией. Значит, выделение тепла за счет механической энергии — это процесс превращения макроскопической энергии в энергию микроскопических тепловых движений.

Обратный этому процесс — это превращение теплоты в механическую энергию, или, что то же, получение механической энергии за счет теплоты. В свое время изобретение методов получения механической работы за счет теплоты явилось началом новой эпохи в истории цивилизации. Наше время является началом не менее важной эпохи использования ядерной энергии для получения работы. Но и ядерная энергия в настоящее время превращается в механическую работу не непосредственно, а через посредство опять-таки теплоты. Этим определяется важность изучения общих законов, управляющих процессами взаимного превращения механической и тепловой энергий.

Исторически термодинамика и зародилась как раздел физики, изучающий связи между механической и тепловой энергиями. В дальнейшем своем развитии термодинамика стала наукой, исследующей связи между тепловой и всеми другими видами энергии — химической, электрической, энергии излучений и т. д.

В следующих параграфах мы ограничимся рассмотрением общих законов, связывающих тепловую и механическую энергии.