§ 216. Внутренняя энергия с точки зрения молекулярной теории

В предыдущей главе мы приняли к выводу, что, кроме механической энергии некоторой системы тел, зависящей от их скоростей (кинетическая энергия) и от их взаимного расположения (потенциальная энергия), каждому из тел, составляющих систему, присуща его внутренняя энергия, зависящая от состояния этого тела. Теперь можно уточнить понятие внутренней энергии. Внутренняя энергия есть кинетическая и потенциальная энергия частиц, составляющих микромир: молекул, из которых состоят макротела, атомов, из которых состоят молекулы, электронов и других частиц, составляющих атомы. В предыдущем параграфе мы указали, что в основном тепловые явления можно связать только с движением и расположением молекул как неизменных простых частиц. Поэтому, изучая простые явления, мы будем интересоваться только частью внутренней энергии тел, а именно, только кинетической энергией молекул, зависящей от скоростей их беспорядочного движения, и потенциальной энергией молекул, зависящей от их взаимного расположения.

В случае газов изменение внутренней энергии есть, в основном, изменение кинетической энергии «беспорядочного движения их молекул; дело в том, что в газах взаимодействие между молекулами мало и изменениями потенциальной энергии при движении молекул можно пренебречь. В жидкостях и твердых телах взаимодействие молекул весьма велико, и изменение расстояния между молекулами резко изменяет потенциальную энергию их взаимодействия. Поэтому в случае жидких и твердых тел изменение внутренней энергии состоит и в изменении кинетической энергии беспорядочного движения молекул, и в изменении потенциальной энергии их взаимодействия.

В свете молекулярных представлений становится ясно, что происходит, когда вследствие теплопроводности внутренняя энергия горячего тела (или горячей части тела) уменьшается, а холодного (или холодной части тела) увеличивается. При взаимодействии молекул происходит обмен их скоростями, подобно тому как происходит обмен скоростями при ударе упругих шаров (§ 102); а обмен скоростями связан с обменом кинетическими энергиями. В результате этого внутренняя энергия горячего тела уменьшается, а холодного — увеличивается, т. е. происходит выравнивание внутренней энергии, точнее, той ее части, которая является кинетической энергией молекул. Отсюда следует вывод, что температура тела связана с кинетической энергией молекул, из которых оно состоит. Подробнее будем говорить об этом далее (§ 243).