§ 52. Внутренняя энергия

Основные черты поведения тел при механическом и тепловом взаимодействии превосходно отражает так называемая молекулярно-кинетическая модель. Состояние из молекул тело рассматривается как система движующихся и взаимодействующих частиц, подчиняющаяся законам механики. Такая система молекул должна обладать энергией складывающейся из потенциальной энергиивзаиимодействия частиц и из кинетической энергии движения частиц. Эту энергию и называют внутренней энергией тела.

Определенному состоянию тела соответствует определенная внутренняя энергия. Изменения взаимного расположения или харарактера движения частиц связаны с изменением внутренней энергии. Каким бы способом ни менялась внутренняя энергия тела, окружающие тела должны передать энергию молекулам рассматриваемого тела. Если тело подвергается механическому воздействию, то передача энергии происходит упорядоченным образом; при тепловом обмене энергия передается со стороны среды путем случайных импульсов, передаваемых то одной, то другой молекуле.

Количество энергии, переданной телу механическим путем, измеряется величиной произведенной над телом работы. Количество энергии, переданной при теплообмене, измеряется количеством тепла.

Так как строгий подсчет внутренней энергии тела затруднителен, а большей частью и невозможен, и так как само представление о внутренней энергии как о чисто механической величине является лишь приближением, то надо ввести строгое определение этой величины. Это удается сделать, изучая процессы происходяшие без теплообмена с окружающей средой. Такие явления называются адиабатическими. Производя опыт внутри теплоизолирующей оболочки и ограничивая измерения краткими сроками (пока тепло не успело «уйти» из изучаемого объема), удается вполне точно осуществить адиабатические условия. Многочисленные опыты, приведшие в свое время к установлению закона сохранения энергии, показывают, что каким бы путем ни изменялось в таком процессе состояние тела на это потребуется одна и та же работа. Величина этой работы А равна по определению пр иросту внутренней энергии

Абсолютное значение внутренней энергии, разумеется, не может быть найдено из опыта.

Если бы механическая модель тела была вполне точна, то утверждение, записанное выше, являлось бы простым следствием закона сохранения механической энергии. Однако молекулярно-кинетическая модель есть только модель, и поэтому тот факт, что каждому состоянию тела можно сопоставить определенную энергию, так что разность энергий двух состояний равна адиабатической работе

перехода, является важнейшим законом природы, приводящим к закону сохранения энергии.

Теплообмен и механическое воздействие могут приводить в ряде случаев к одинаковому изменению состояния, т. е. к одинаковым изменениям внутренней энергии тела. Это дает нам возможность сравнивать тепло и работу и измерять количество тепла в тех же единицах, что работу и энергию.

Для представления о величинах внутренней энергии приведем следующие цифры.

При нагревании воды на 1° энергия воды возрастает на

При этом одна молекула воды увеличивает в среднем свою энергию на

При сгорании угля вещество отдает внутреннюю энергию в количестве

При расчете на один атом углерода эти цифры примут вид

При ядерном делении урана-235 выделяется энергия

Одно атомное ядро отдает при этом внутреннюю энергию в количестве

что более чем в 50 миллионов раз превышает энергию химических реакций