закон сохранения энергиизакон
В середине XIX века несколько учёных независимо пришли к выводу, что теплота — не загадочная жидкость, а форма движения частиц. Юлиус Майер, наблюдая за цветом крови моряков, заметил связь между работой организма и теплотой. Джеймс Джоуль точными опытами измерил, сколько тепла даёт механическая работа. Герман Гельмгольц оформил всё в стройную теорию. Закон сохранения энергии утверждает: в изолированной системе полная энергия — сумма кинетической, потенциальной, тепловой и других форм — неизменна. Это всё равно что семейный бюджет: доходы и расходы могут менять форму, но общая сумма на счёте сохраняется, если не вмешивается внешний источник.
Как работает
Этот закон объясняет, почему невозможно создать вечный двигатель: часть энергии всегда уходит в тепло. Лампочка нагревается, потому что не вся электрическая энергия превращается в свет. При падении камня потенциальная энергия высоты становится кинетической, а при ударе — звуковой и тепловой.
💡 Благодаря этому закону мы точно знаем: взмах крыла бабочки не исчезает бесследно, а рассеивается в хаосе теплового движения воздуха.
E = K + U = \text{const}
E — полная механическая энергия; K — кинетическая энергия (энергия движения), для точечной массы K = mv²/2, где m — масса, v — скорость; U — потенциальная энергия (энергия положения, зависящая от конфигурации системы, например, в поле тяжести U = mgh, где g ≈ 9.8 м/с² — ускорение свободного падения, h — высота).
\Delta U = Q - W
ΔU — изменение внутренней энергии системы; Q — количество теплоты, полученное системой; W — работа, совершённая системой против внешних сил (в некоторых соглашениях знак может быть иным). Для изолированной системы Q = 0, W = 0, следовательно ΔU = 0, то есть внутренняя энергия постоянна.