Докажите универсальность закона сохранения энергии на примере рассмотрения механических и тепловых процессов.
Закон сохранения энергии справедлив и для механических, и для тепловых процессов; покажем это на примерах.
-
Механический процесс без трения. Камень массой
падает с высоты . Потенциальная энергия переходит в кинетическую:
Полная механическая энергия не меняется (закон сохранения механической энергии, §). -
Механический процесс с трением. Брусок скользит по столу и останавливается. Механическая энергия уменьшается, но при этом нагреваются брусок и стол: их внутренняя энергия возрастает на величину, равную убыли механической энергии:
. Сумма механической и внутренней энергий сохраняется. -
Тепловой процесс. Для газа, получающего количество теплоты
, первый закон термодинамики:
Подведённая энергия идёт на изменение внутренней энергии и на работу над внешними телами. -
Тепловой двигатель. За цикл
, поэтому : энергия, полученная от нагревателя, равна сумме полезной работы и теплоты, отданной холодильнику.
Во всех случаях энергия не исчезает и не возникает, а переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому. Это и означает универсальность закона.
В механике
