§5. Внутренняя энергия
Любое тело — твёрдое, жидкое или газообразное — обладает внутренней энергией. Она представляет собой сумму двух видов энергии: кинетической, связанной с движением молекул, и потенциальной, обусловленной их взаимодействием. Для обозначения внутренней энергии используют букву U, а измеряют её в джоулях.
Даже если тело внешне неподвижно, его молекулы продолжают двигаться и воздействовать друг на друга. Поэтому каждая частица имеет собственную энергию, а внутренняя энергия тела — это совокупность всех таких энергий.
Механическая энергия может превращаться во внутреннюю. Так, когда свинцовый шар падает на плиту, его механическая энергия не пропадает: она переходит во внутреннюю энергию шарика и плиты, вызывая их нагрев и деформацию. При трении происходит то же самое — например, при торможении поезда часть его кинетической энергии преобразуется во внутреннюю, и поверхности нагреваются.
Внутренняя энергия определяется только тем, что происходит внутри тела — скоростью движения молекул и тем, как они расположены относительно друг друга. Она не зависит от того, где находится тело в пространстве. Внутренняя энергия изменяется при нагревании, плавлении, испарении и любых других переходах между состояниями вещества.
Потенциальная энергия молекул различается для разных агрегатных состояний. В газах она выше, чем в жидкостях и твёрдых телах, поскольку расстояние между молекулами больше. Поэтому пары ртути имеют более высокую внутреннюю энергию по сравнению с жидкой или твёрдой ртутью.
Чтобы вещество перешло из твёрдого в жидкое или из жидкого в газообразное состояние, необходимо увеличить его внутреннюю энергию. Обратные процессы сопровождаются уменьшением внутренней энергии.