Внутренняя энергия

Наряду с механической энергией тел и её разновидностями – кинетической и потенциальной энергией, в физике изучают и так называемую внутреннюю энергию тел.

Вы видите взлетающую ракету. Она совершает работу – поднимает необходимый груз. Кинетическая энергия ракеты возрастает, так как по мере подъёма ракета приобретает все большую скорость. Потенциальная энергия ракеты также возрастает, так как она всё выше поднимается над Землёй. Следовательно, сумма этих энергий, то есть механическая энергия ракеты, тоже увеличивается.

Мы помним, что при совершении телом работы его энергия уменьшается. Однако ракета совершает работу, а её энергия не уменьшается, а увеличивается! В чем же разгадка противоречия? Оказывается, что кроме механической энергии, существует ещё один вид энергии – внутренняя энергия. Именно за счет уменьшения внутренней энергии сгорающего ракетного топлива она совершает механическую работу и, кроме того, увеличивает свою механическую энергию.

Не только горючие, но и горячие тела обладают внутренней энергией, которую можно легко превратить в механическую работу. Проделаем опыт. Нагреем в кипятке гирю и поставим на жестяную коробочку, присоединенную к манометру. По мере того, как воздух в коробочке будет прогреваться, жидкость в манометре будет передвигаться.

Расширяющийся воздух совершает над жидкостью работу. За счёт какой энергии это происходит? Разумеется, за счёт внутренней энергии гири. Следовательно, в этом опыте мы наблюдаем превращение внутренней энергии тела в механическую работу. Заметим, что механическая энергия гири в этом опыте не менялась – она все время была равна нулю.

Итак: внутренняя энергия – это такая энергия тела, за счёт которой может совершаться механическая работа, не вызывая при этом убыли механической энергии этого тела.

Внутренняя энергия любого тела зависит от множества причин: рода и состояния его вещества, массы и температуры тела и многих других. Внутренней энергией обладают все тела: большие и маленькие, горячие и холодные, твёрдые, жидкие и газообразные.

Наиболее легко (при определенных условиях) на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь, образно говоря, «горячих» и «горючих» веществ и тел. Это нефть, уголь, геотермальные источники вблизи вулканов и так далее. Кроме того, в XX веке человек научился использовать и внутреннюю энергию так называемых радиоактивных веществ. Это, например, уран, плутоний и другие.

В технической и научно-популярной литературе упоминаются тепловая, химическая, электрическая, атомная (ядерная) и другие виды энергии. Они, как правило, являются условными разновидностями внутренней энергии. По мере дальнейшего изучения физики мы познакомимся и с другими видами энергии.

Механическая энергия

Механической энергией тела в физике называют сумму кинетической и потенциальной энергий этого тела. Познакомимся с этими видами энергии. Обратимся к рисункам. Взгляните – катящийся шар сбивает кегли, и они разлетаются по сторонам. Только что выключенный вентилятор ещё некоторое время продолжает вращаться, создавая поток воздуха. Обладают ли эти тела энергией? И шар, и лопасти вентилятора совершают […]

Энергия

Рассмотрим теперь несколько ситуаций, которые помогут нам ввести понятие «энергия». Ситуация первая – грузчики поднимают кирпичи на второй этаж. Посмотрите на рисунок. Один из них может носить по десятку кирпичей, а другой – только по два кирпича. На бытовом языке говорят, что у толстячка больше энергии, так как он способен выполнить больше работы. Ситуация вторая. Первобытный человек […]

Мощность

Взгляните на рисунок – землекоп и экскаватор начали работать одновременно. При этом за одинаковое количество времени землекоп выполнил меньше работы. Поэтому говорят, что мощность экскаватора больше, чем мощность землекопа. При качественном рассмотрении мы скажем, что мощность больше в той ситуации, где совершается больше работы за то же время. И наоборот: мощность меньше в той ситуации, […]

Коэффициент полезного действия

Допустим, мы отдыхаем на даче, и нам нужно принести из колодца воды. Мы опускаем в него ведро, зачёрпываем воду и начинаем поднимать. Не забыли, какова наша цель? Правильно: достать воду. Но взгляните: мы поднимаем не только воду, но и само ведро, а также тяжёлую цепь, на которой оно висит. Двухцветная стрелка на рисунке символизирует, что […]

Механическая работа

В обыденной жизни словом «работа» мы называем всякое действие человека или устройства. Например, мы говорим: работает плотник, работает холодильник, работает компьютер. В физике же термин «работа» имеет иной смысл – более определённый. Рассмотрим пример. Взгляните на рисунок. Лошадь, тянущая телегу, действует на нее с некоторой силой. Обозначим её Fтяги. Дедушка, сидящий на телеге, давит на […]

А знаете ли вы, что …

… сердце человека, перекачивая кровь, за одно сокращение совершает около 1 Дж работы. Этой работы будет достаточно для подъема гири массой 10 кг на высоту 1 см. … мощность, развиваемая взрослым человеком при обычной ходьбе по ровной дороге равна 60–65 Вт. При быстрой же ходьбе уже требуется мощность 200 Вт. Для сравнения скажем, что мощность […]

Пневматические и гидравлические механизмы

Газы и жидкости, находящиеся под давлением, нашли широкое применение в промышленной технике. Рассмотрим это. На этом рисунке вы видите пневматический отбойный молоток (греч. «пневматикос» – воздушный). При помощи сжатого воздуха работают также двери в автобусах и метро, тормоза поездов и грузовых автомобилей. Встречаются также механизмы, работающие при помощи сжатой жидкости. Они называются гидравлическими (греч. «гидор» […]

Манометры жидкостные и деформационные

Барометры измеряют так называемое абсолютное давление атмосферного воздуха. Это значит, что в пространстве, где находится барометр, давление именно такое, какое показывает прибор. Однако часто бывает нужно знать и так называемое относительное давление (например, по сравнению с атмосферным давлением). Для его измерения служат манометры. На рисунке вы видите U-образный манометр с подкрашенной водой. Правый его конец […]

Барометр-анероид

Про массу или длину говорят, что они большие или маленькие, увеличиваются или уменьшаются. Про атмосферное давление говорят: оно высокое или низкое, повышается или понижается. Такая традиция установилась ещё с тех пор, когда атмосферное давление измеряли барометрами Торричелли, наблюдая за поднятием или опусканием ртутного столба. Сегодня чаще применяют безжидкостные барометры, так называемые анероиды (греч. «а» – […]