Из истории открытия закона превращения и сохранения энергии

Закон сохранения и превращения энергии - для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени.

Трудами ученых XVIII в. было доказано, что при совершении механической работы возникает теплота. Но какова количественная связь между ними? Всегда ли надо затратить одно и то же количество работы (и какое именно), чтобы получить единицу количества теплоты? Ответ на эти вопросы искали многие ученые в первой половине XIX в.

Подсчеты, дающие ответ на эти вопросы, содержались в рукописи молодого французского инженера Сади Карно, изданной после его смерти в 1832 г. С. Карно сформулировал закон превращения и сохранения энергии в механических и тепловых процессах. Но работа Карно тогда не привлекла внимания физиков.

Немецкий ученый Роберт Майер услышал однажды от моряка, что во время сильной бури, вода нагревается. Эти слова наряду с некоторыми наблюдениями самого ученого, побудили его взяться за определение отношения количеств работы и теплоты.

Основываясь на опубликованных в печати данных по определению удельных теплоемкостей газов, Майер подсчитал количество теплоты, необходимое для нагревания на один градус одной и той же массы газа в разных условиях. Для нагревания газа при постоянном объеме теплота Q1  необходима только для увеличения его внутренней энергии. Для нагревания же его при постоянном давлении необходимо большее количество теплоты Q2, поскольку в этом случае не только внутренняя энергия газа увеличивается, но, расширяясь, он совершает работу.

А. Майер нашел способ рассчитать работу газа. Затем, сравнив ее с разностью Q2 - Q1 он определил, какое количество работы "равноценно" одной калории теплоты. Этот расчет Майер выполнил в 1842 г.

Позднее в своей книге, изданной в 1845 г., Майер рассмотрел с качественной стороны превращения всех форм энергии, которые были известны в то время, и впервые сформулировал закон превращения и сохранения энергии в общей форме. В той же книге Майер описал круговорот энергии в природе, указав, что источником энергетических превращений на Земле является Солнце.

Английский ученый Джемс Джоуль, ничего не зная о работах Майера, решил поставить ряд опытов, чтобы доказать, что при различных процессах, при которых совершается работа и выделяется теплота, для получения единицы количества теплоты надо затратить одно и то же количество работы. Уже в 1841 году он опубликовал выводы из своих опытов по исследованию превращения работы электрического тока в теплоту. К тем же выводам независимо от Джоуля в 1842 г. пришел петербургский академик Эмилий Ленц.

Название единицы энергии (работы) "джоуль" дано в честь Джемса Джоуля. Благодаря опытам Джоуля, Ленца и других ученых закон превращения и сохранения энергии был утвержден на прочной экспериментальной основе.

В 1847 г. вышла в свет работа немецкого ученого Германа Гельмгольца. На основе известных научных данных он теоретически исследовал превращения энергии во многих механических, тепловых, электрических, световых и химических процессах и сформулировал закон превращения и сохранения энергии как всеобщий закон природы.

Этот важнейший закон природы открыт усилиями ученых многих стран. Открытие закона сохранения энергии оказало влияние не только на развитие физических наук, но и на философию.

Подробное и доступное объяснение этого закона читайте здесь:  Закон сохранения энергии