Этот один из наиболее фундаментальных законов природы утверждает, что в изолированной системе энергия может переходить из одной формы в другую, но ее количество остается постоянным; энергия не возникает "из ничего" и не исчезает. Энергия – общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Понятие энергии связывает воедино все явления природы.
Хорошо известно деление энергии на кинетическую энергию движения и потенциальную энергию взаимодействия. Вместе с тем, в соответствии с различными формами движения материи, можно указать и различные формы (виды) энергии: механическую, внутреннюю, химическую, ядерную, электромагнитную и др. Это деление до известной степени условно. Так, химическая энергия складывается из кинетической энергии движения электронов и электрической энергии взаимодействия электронов друг с другом и с атомными ядрами. Внутренняя энергия равна сумме кинетической энергии хаотического движения молекул относительно центра масс и потенциальной энергии взаимодействия молекул друг с другом.
Если система не изолирована, то ее энергия может изменяться либо при одновременном изменении на такую же величину энергии окружающих тел, либо за счет изменения энергии взаимодействия тела с окружающими телами. При переходе системы из одного состояния в другое изменение энергии не зависит от того, каким способом происходит переход, то есть энергия – однозначная функция состояния системы.
Закон сохранения энергии является строгим законом природы, справедливым для всех известных взаимодействий. В термодинамике он называется ее первым началом. Согласно симметрийным особенностям природы, этот закон связан с однородностью времени (теорема Э. Нетер), или с тем фактом, что все моменты времени эквивалентны и физические законы не меняются со временем. На смысл и содержание закона сохранения энергии существенно повлияло создание СТО. Оказалось, что масса, определяемая по инерционным свойствам тела, зависит от его скорости и, следовательно, характеризует не только количество материи, но и ее движение. Понятие энергии также подверглось изменению: полная энергия (E) оказалась пропорциональной массе (m) E = m c2, то есть закон сохранения энергии в СТО естественным образом объединил законы сохранения массы и энергии, существовавшие в классической механике как два разных закона. Таким образом, по отдельности эти законы не выполняются, поскольку невозможно охарактеризовать количество материи, не принимая во внимание ее движения и взаимодействий. Для иллюстрации величины полной энергии, содержащейся, например, в 1 грамме вещества, достаточно привести такой пример. Если бы удалось полностью использовать эту энергию (выделяющуюся при реакции аннигиляции) для вывода на орбиту вокруг Земли космического корабля, то по закону сохранения энергии его масса составила бы 4000 тонн!
Эволюция закона сохранения энергии показывает, что, будучи почерпнуты из опыта, законы сохранения нуждаются время от времени в экспериментальной проверке и уточнении. Нельзя быть уверенным в том, что с расширением пределов человеческого опыта данный закон или его конкретная формулировка останутся справедливыми. Закон сохранения энергии интересен еще и тем, что в нем теснейшим образом переплелись физика и философия. Все более уточняясь, этот закон постепенно превратился из неопределенного и абстрактного философского высказывания в точную количественную формулу. В то же время законы сохранения импульса и момента количества движения, которые рассматриваются ниже, возникли сразу в количественной формулировке.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему