Частные случаи закона сохранения и превращения энергии рассматривались многими учёными, начиная с XVII века. Одним из первых среди них был выдающийся нидерландский ученый Симон Стевин, который рассмотрел задачу о равновесии тел на наклонной плоскости и решил её на основе идеи о невозможности вечного двигателя. Вопроса о сохранении энергии в механики касался также Галилей, рассматривая движение тел на наклонной плоскости, а также колебания математического маятника. Закон сохранения энергии применительно к системе тел, движущихся в поле силы тяжести, сформулировал Гюйгенс. Помимо этого Гюйгенс установил закон сохранения кинетической энергии (закон «живых сил») для случая удара упругих тел.

Идею Гюйгенса о сохранении энергии при движении тел в поле силы тяжести и удара шаров обобщил немецкий философ и ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц, который сформулировал закон сохранения энергии под названием закона «сохранения живых сил». Лейбниц противопоставил закон сохранения «живых сил» закону сохранения количества движения. Мерой движения он назвал «живую силу», равную произведению массы на квадрат скорости. В середине XIX века был открыт закон сохранения и превращения энергии, который справедлив для всех физических процессов, а не только для механических явлений. В этом открытии участвовал целый ряд ученых. Однако наибольшие заслуги в этом открытии принадлежат трем знаменитым ученым: немецкому врачу Юлиусу Роберту Майеру, английскому физику Джоулю, немецкому ученому Герману Гельмгольцу.

Общую оценку вновь открытому закону сохранения и превращения энергии дал Фридрих Энгельс. Он назвал его великим основным законом движения, который утверждал не просто количественное сохранение движения, но и превращение одних форм движения в другие в эквивалентных количественных соотношениях. Энгельс писал: «Количественное постоянство движения было высказано уже Декартом и почти в тех же выражениях, что и теперь… Зато превращение формы движения открыто только в 1842 году.

ИСCЛЕДУЯ ЯВЛЕНИЯ ПРИРОДЫ, УЧЕНЫЕ ВСЕГДА РУКОВОДСТВУЮТСЯ ЗАКОНОМ СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЙ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОДНОГО ВИДА ЭНЕРГИИ В ДРУГОЙ ПРИВЕЛО К ОТКРЫТИЮ ОДНОГО ИЗ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ ПРИРОДЫ – ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ВО ВСЕХ ЯВЛЕНИЯХ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ПРИРОДЕ, ЭНЕРГИЯ НЕ ВОЗНИКАЕТ И НЕ ИСЧЕЗАЕТ. ОНА ТОЛЬКО ПРЕВРАЩАЕТСЯ ИЗ ОДНОГО ВИДА В ДРУГОЙ, ПРИ ЭТОМ ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ СОХРАНЯЕТСЯ.

ВЫВОД ЭНЕРГИЯ НЕ МОЖЕТ ПОЯВИТЬСЯ У ТЕЛА, ЕСЛИ ОНО НЕ ПОЛУЧИЛО ЕЁ ОТ ДРУГОГО ТЕЛА.

ПОЛНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, Т.Е. СУММА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ И КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ТЕЛА, ОСТАЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ, ЕСЛИ ДЕЙСТВУЮТ ТОЛЬКО СИЛЫ УПРУГОСТИ И ТЯГОТЕНИЯ И ОТСУТСТВУЮТ СИЛЫ ТРЕНИЯ

ПОСЛЕ УДАРА СВИНЦОВОГО ШАРА О СВИНЦОВУЮ ПЛИТУ ИЗМЕНИЛОСЬ СОСТОЯНИЕ ЭТИХ ТЕЛ - ОНИ ДЕФОРМИРОВАЛИСЬ И НАГРЕЛИСЬ. ЕСЛИ ИЗМЕНИЛОСЬ СОСТОЯНИЕ ТЕЛ, ТО ИЗМЕНИЛАСЬ И ЭНЕРГИЯ ЧАСТИЦ, ИЗ КОТОРЫХ СОСТОЯТ ТЕЛА. ПРИ НАГРЕВАНИИ ТЕЛА УВЕЛИЧИВАЕТСЯ СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ ЗНАЧИТ, УВЕЛИЧИВАЕТСЯ И КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ. КОГДА ТЕЛО ДЕФОРМИРОВАЛОСЬ, ТО ИЗМЕНИЛОСЬ РАСПОЛОЖЕНИЕ ЕГО МОЛЕКУЛ, А ЗНАЧИТ, ИЗМЕНИЛАСЬ ИХ ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ.

НАГРЕВАНИЕ ТЕЛ ПРОИСХОДИТ ПРИ УДАРАХ, ДЕФОРМАЦИИ. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ТЕЛА УВЕЛИЧИВАЕТСЯ. СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ ТЕЛА МОЖНО УВЕЛИЧИТЬ, СОВЕРШАЯ НАД ТЕЛОМ РАБОТУ. ЕСЛИ РАБОТУ СОВЕРШАЕТ САМО ТЕЛО, ТО ЕГО ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ УМЕНЬШАЕТСЯ

СОЛНЕЧНЫЕ ЛУЧИ НЕСУТ ОПРЕДЕЛЕННЫЙ ЗАПАС ЭНЕРГИИ. ПАДАЯ НА ЗЕМЛЮ, ЛУЧИ НАГРЕВАЮТ ЕЁ. ЭНЕРГИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ ПРЕВРАЩАЕТСЯ ВО ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ ПОЧВЫ И ТЕЛ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ. ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ, НАГРЕВШИСЬ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ, ПРИХОДЯТ В ДВИЖЕНИЕ – ПОЯВЛЯЕТСЯ ВЕТЕР. ПРОИСХОДИТ ПРЕВРАЩЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ, КОТОРОЙ ОБЛАДАЮТ ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ, В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ.

ЧАСТЬ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ ПОГЛОЩАЕТСЯ ЛИСТЬЯМИ РАСТЕНИЙ. ПРИ ЭТОМ В РАСТЕНИЯХ ПРОИСХОДЯТ СЛОЖНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ОБРАЗУЮТСЯ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, Т.Е. ПРОИСХОДИТ ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ, ПЕРЕНОСИМОЙ СОЛНЕЧНЫМИ ЛУЧАМИ, В ХИМИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ.

На рисунке демонстрируется изменение кинетической Ek и потенциальной Ep энергии мальчика, спускающегося на санках без трения с горы сложного профиля. Показывается диаграмма и выводятся численные значения кинетической и потенциальной энергии. Можно изменять массу мальчика m и профиль горы. Следует обратить внимание, что сумма потенциальной и кинетической энергии в процессе движения мальчика постоянна и равна первоначальной потенциальной энергии до старта с вершины горы.

ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ МОЖНО ИЗМЕНИТЬ И ДРУГИМ СПОСОБОМ, БЕЗ СОВЕРШЕНИЯ РАБОТЫ. НАПРИМЕР, ВОДА В ЧАЙНИКЕ, ПОСТАВЛЕННОМ НА ПЛИТУ, ЗАКИПАЕТ. ВОЗДУХ И ПРЕДМЕТЫ В КОМНАТЕ НАГРЕВАЮТСЯ ОТ РАДИАТОРА ЦЕНТРАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ В ЭТИХ СЛУЧАЯХ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ, Т.К. ПОВЫШАЕТСЯ ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛ. НО ПРИ ЭТОМ РАБОТА НЕ СОВЕРШАЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ МОЖЕТ ПРОИСХОДИТЬ НЕ ТОЛЬКО В РЕЗУЛЬТАТЕ СОВЕРШЕНИЯ РАБОТЫ. ВНУТРЕННЮЮ ЭНЕРГИЮ ТЕЛ МОЖНО ИЗМЕНИТЬ ПУТЕМ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОТ ТЕЛ С БОЛЕЕ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ К ТЕЛАМ С БОЛЕЕ НИЗКОЙ. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ТРЕМЯ СПОСОБАМИ: ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, КОНВЕКЦИЯ, ИЗЛУЧЕНИЕ.

ВЫВОД: МЕХАНИЧЕСКАЯ И ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ МОГУТ ПЕРЕХОДИТЬ ОТ ОДНОГО ТЕЛА К ДРУГОМУ ЭТО СПРАВЕДЛИВО ДЛЯ ВСЕХ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ. ПРИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ, ТЕЛО БОЛЕЕ НАГРЕТОЕ ОТДАЕТ ЭНЕРГИЮ, А ТЕЛО МЕНЕЕ НАГРЕТОЕ ПОЛУЧАЕТ ЭНЕРГИЮ. ПРИ ПЕРЕХОДЕ ЭНЕРГИИ ОТ ОДНОГО ТЕЛА К ДРУГОМУ ИЛИ ПРИ ПРЕВРАЩЕНИИ ОДНОГО ВИДА ЭНЕРГИИ В ДРУГОЙ ЭНЕРГИЯ СОХРАНЯЕТСЯ