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.