§ 5. Внутренняя энергия

Любое тело состоит из частиц, которые движутся и взаимодействуют. Поэтому даже неподвижный предмет обладает внутренней энергией. Она включает кинетическую энергию теплового движения всех частиц и потенциальную энергию их взаимодействия. Это не энергия движения тела как единого целого. Например, лежащая на столе металлическая ложка не летит и не катится, но её частицы продолжают двигаться и взаимодействовать друг с другом.

Внутренняя энергия зависит от состояния вещества. При нагревании обычно увеличивается средняя кинетическая энергия частиц, поэтому возрастает внутренняя энергия. При изменении агрегатного состояния меняется также энергия взаимодействия частиц. Два тела одинаковой температуры могут иметь разную внутреннюю энергию: значение имеют масса, вещество и состояние. Поэтому температуру нельзя считать полной мерой запасённой в теле энергии или прямо отождествлять с внутренней энергией.

Механическая и внутренняя энергии способны превращаться друг в друга. При ударе свинцового шара о плиту его движение замедляется, а шар и плита немного нагреваются и деформируются. Часть механической энергии переходит во внутреннюю. Похожее происходит при трении ладоней или торможении транспорта. Исчезновение видимого движения не означает исчезновения энергии: она распределяется между частицами тел и может передаваться окружающей среде.

Если тело просто поднять выше над полом, изменится его потенциальная энергия относительно Земли, но внутренняя энергия при неизменном состоянии останется прежней. Если тот же предмет нагреть, его внутренняя энергия увеличится без обязательного перемещения. Для объяснения задачи полезно отдельно рассматривать движение тела целиком и происходящее внутри вещества. Такое разделение позволяет правильно описывать нагревание, охлаждение, удары и последующие превращения энергии в различных физических процессах.