Как человек использует ветер? применение энергии ветра

Тепловая энергия Земли

Огромное количество тепловой энергии хранится в глубинах Земли. Это обусловлено тем, что температура ядра Земли чрезвычайно высока. В некоторых местах земного шара происходит прямой выход высокотемпературной магмы на поверхность Земли: вулканические области, горячие источники воды или пара. Энергию этих геотермальных источников и предлагают использовать в качестве альтернативного источника сторонники геотермальной энергетики. Используют геотермальные источники по-разному. Одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.

Для разработки этого источника энергии используются геотермальные электростанции, использующие энергию высокотемпературных грунтовых вод, а также вулканов. На данный момент более распространенной является гидротермальная энергетика, использующая энергию горячих подземных источников. Гидротермальная энергетика, основанная на использовании «сухого» тепла земных недр, на данный момент развита слабо; основной проблемой считается низкая рентабельность данного способа получения энергии.

К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года.

К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения.

Воздушные ветрогенераторы

После Второй Мировой Войны, итальянец Массимо Ипполито задумал обуздать энергию ветра через воздушных змеев. Но технологий для этого ещё не было, и идея отправилась в долгий ящик. А вот ближе к концу 20-го века, она начала приобретать свое реальное воплощение. К этому времени, была создана карта высотных ветров Земли, и оказалось что именно над Европой, и над Патагонией, на высотах от 0,8 до 10 км, всегда есть мощные воздушные потоки.

Итальянский магистр технических наук Л. Фоджано написал диссертацию о возможностях системы ветрогенерации Kitegen.

Из расчётов следовало, что если построить кольцевой генератор диаметром 1,6 км, и запустить 6 дюжин высотных автоматических кайтов, то они смогут крутить это гигантское колесо со скоростью 15 об/час. Что даёт возможность генерировать 1 ГВт электроэнергии, т.е. мощность сравнимая с атомной электростанцией.

Но пока сосредоточились на малых проектах, мощность до  300 МВТ,

Разработка его закончена, и небольшие прототипы производительность 150-200 КВт, уже прошли испытания в итальянской Сардинии.

В сравнении с обычными ветрогенераторами аналогичной мощности, итальянский проект Kitegen обходит конкурентов на порядок.

Однако не отстают и американцы. Они разработали свой проект X Development LLC, который уже представляет собой цельнометаллический планер.

Для запуска требуется энергия, которая передаётся по кабелю совмещённому с тросом, но после достижения расчётной высоты, он начинает парить как воздушный змей в набегающих потоках воздуха.

А небольшие генераторы на крыльях вырабатывают электроэнергию, которую и передают по кабелю на базу. Она (база) может быть как наземного, так и морского размещения.

Прототип уже проходит тестирование с 2018 года. Особых сложностей не замечено, расчётные мощности генерации достигнуты.

Но дальше всех продвинулись педантичные немцы, у них действительно фантастически смелые проекты и, кстати уже воплощённые в реальность. Мало того, они готовы к продаже! Концепт немецкого воздушного летающего генератора от фирмы Enerkite называется «ЕК 30».

Принцип работы EnerKítes циклический, двухэтапный:

1 этап «Рабочая фаза» — крыло летит поперек ветра при максимальной натяжке каната. Веревка выпущена и натягивает лебедку генератора от базы.

2 этап «Возвратная фаза» — крыло прерывает восьмой заход, скользит быстро и с небольшим усилием назад к стартовой высоте, затем цикл повторяется.

Полный цикл занимает около минуты. На первый этап требуется около 7-12% полученной энергии. В отличие от классических летающих ветряных турбин, электрическая энергия вырабатывается на земле. Оттуда также контролируется крыло, так что в воздухе движется только то, что принадлежит воздуху. Вся работа выполняется автоматически.

Секрет генерации в запатентованном барабане для намотки троса.

Ветрогенератор «EnerKíte EK200» может покрыть собственные потребности малого бизнеса. Он заменяет дорогое дизельное электричество в неразвитых регионах.

Способы изменения внутренней энергии

Все способы изменения внутренней энергии тела могут быть отнесены либо к совершенным с помощью работы, либо к процессам теплопередачи (теплопереноса):

  • Внутренняя энергия тела U увеличивается, если над ним совершается работа A. Если само тело совершает работу, то его внутренняя энергия будет уменьшаться;
  • Тепло Q может быть передано телу с помощью одного (или нескольких) механизмов теплопередачи (теплопроводности, конвекции, излучения) :
  • Механизм теплопроводности связан с передачей тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Например, когда в горячий чай погружается холодная металлическая ложка, то очень быстро она нагреется за счет этого механизма, суть которого заключается в передаче энергии “горячих” молекул чая молекулам металлической ложки;
  • Конвекция представляет собой перенос внутренней энергии в газах и жидкостях в результате циркуляции потоков вещества и последующего перемешивания. Простым примером для понимания этого механизма служит нагрев воздуха в квартирах от батарей центрального отопления. Нагретый вблизи батареи воздух начинает подниматься вверх (“всплывать”). Его место занимает холодный (более тяжелый) воздух. Таким образом, с помощью перемешивания этих потоков, происходит общий нагрев воздуха в квартире.

Рис. 2. Теплопроводность и конвекция – способы передачи тепловой энергии

Передача тепла с помощью излучения происходит в виде электромагнитных волн. Этот механизм включает в себя три стадии: сначала часть внутренней энергии тела преобразуется в энергию электромагнитных волн, далее следует их распространение в пространстве, которое заканчивается поглощением другим телом, в результате чего происходит изменение внутренней энергии обоих тел.

Рис. 3. Излучение – способ передачи тепловой энергии

Кроме кинетической и потенциальной энергии частиц вклад во внутреннюю энергию могут давать еще:

Химическая энергия, являющаяся результатом химических реакций между молекулами разных веществ. Примером реакции с выделением тепла Q (экзотермическая реакция) может служить реакция горения фосфора в кислороде:

$ 4P + 5O2 = 2P2O5 + Q $ (3);

  • Энергия электронов, вращающихся вокруг ядер в атомах;
  • Ядерная энергия.

Таким образом, в зависимости от различных условий, в которых находится вещество, те или иные энергетические источники будут давать определяющий вклад в изменение внутренней энергий. То есть внутренняя энергия — это не отдельный (специфический) вид энергии, а некоторый набор из составных частей (видов) полной энергии системы.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что внутренняя энергия тела — это сумма потенциальной энергии взаимодействия молекул, составляющих тело, и кинетической энергии их хаотического теплового движения. При определенных условиях внутренняя энергия может изменяться за счет химической и ядерной энергий. Внутренняя энергия тела изменяется под воздействием внешней средой, получая или отдавая тепло Q, либо совершая работу А. Тепло Q может быть передано телу с помощью следующих механизмов теплопередачи: теплопроводности, конвекции и излучения.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

Начать тест(новая вкладка)

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.

Ветряк может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в аварийных ситуациях

Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС

Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.

При этом следует учесть некоторые моменты:

  • Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
  • Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
  • Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.

При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.

Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.

Эпоха возрождения

С новой силой на арену вышло внимание альтернативным источникам электропитания. 12 развитых стран приняли программы получения энергии ветровыми установками

Агрегаты небольшой мощности выпускают более сотни фирм.

То затухающий, то снова вспыхивающий костёр надежд на экологически чистую энергию, разгорается во многих цивилизованных странах перед угрозой истощения природных ресурсов.

В России условия применения ветроэнергетических установок благоприятны от Калининградской области до берегов седого Енисея и дальше, дальше на восток до порта Находка, Камчатки, острова Сахалин. Благодатны условия применения ветряков на северных берегах. Там ветры господствуют круглый год с приличной скоростью. Однако, источник ветровой энергии используется незаслуженно слабо.

Сейчас наступила поистине забытая эпоха возрождения использования ветряных установок. Есть ли выход из тупика, когда весь мир окажется перед фактом исчезновения полезных ископаемых? Оказывается, есть!

«Внутренняя энергия»

Существуют два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная. Сумма кинетической и потенциальной энергии тела называется его полной механической энергией, которая зависит от скорости движения тела и от его положения относительно того тела, с которым оно взаимодействует.  Если тело обладает энергией, то оно может совершить работу. При совершении работы энергия тела изменяется. Значение работы равно изменению энергии. (подробнее о Механической энергии в конспекте «Механическая энергия. Закон сохранения энергии»)

Внутренняя энергия

Если в закрытую пробкой толстостенную банку, дно которой покрыто водой, накачивать, то через какое-то время пробка из банки вылетит и в банке образуется туман. Пробка вылетела из банки, потому что находившийся там воздух действовал на неё с определённой силой. Воздух при вылете пробки совершил работу. Известно, что работу тело может совершить, если оно обладает энергией. Следовательно, воздух в банке обладает энергией.

При совершении воздухом работы понизилась его температура, изменилось его состояние. При этом механическая энергия воздуха не изменилась: не изменились ни его скорость, ни его положение относительно Земли. Следовательно, работа была совершена не за счёт механической, а за счёт другой энергии. Эта энергия — внутренняя энергия воздуха, находящегося в банке.

Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Кинетической энергией (Ек) молекулы обладают, так как они находятся в движении, а потенциальной энергией (Еп), поскольку они взаимодействуют.  Внутреннюю энергию обозначают буквой U. Единицей внутренней энергии является 1 джоуль (1 Дж).  U = Eк + En.

Способы изменения внутренней энергии

Чем больше скорости движения молекул, тем выше температура тела, следовательно, внутренняя энергия зависит от температуры тела. Чтобы перевести вещество из твёрдого состояния в жидкое состояние, например, превратить лёд в воду, нужно подвести к нему энергию. Следовательно, вода будет обладать большей внутренней энергией, чем лёд той же массы, и, следовательно, внутренняя энергия зависит от агрегатного состояния тела.

Внутреннюю энергию можно изменить при совершении работы. Если по куску свинца несколько раз ударить молотком, то даже на ощупь можно определить, что кусок свинца нагреется. Следовательно, его внутренняя энергия, так же как и внутренняя энергия молотка, увеличилась. Это произошло потому, что была совершена работа над куском свинца.

Если тело само совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается, а если над ним совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Если в стакан с холодной водой налить горячую воду, то температура горячей воды понизится, а холодной воды — повысится. В рассмотренном примере механическая работа не совершается, внутренняя энергия тел изменяется путём теплопередачи, о чем и свидетельствует понижение её температуры.

Молекулы горячей воды обладают большей кинетической энергией, чем молекулы холодной воды. Эту энергию молекулы горячей воды передают молекулам холодной воды при столкновениях, и кинетическая энергия молекул холодной воды увеличивается. Кинетическая энергия молекул горячей воды при этом уменьшается.

Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы.

Конспект урока по физике в 8 классе «Внутренняя энергия».

Следующая тема: «Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение».

Плюсы и минусы

Нет такой отрасли науки, производства, профессии, которые бы имели только плюсы, или одни минусы.
Использование ветровой энергии тоже имеет свои плюсы-минусы.

Начнём с козырной карты, какие выгоды:

  1. Не надо покупать-подвозить сырьё, вывозить отходы;
  2. Обеспечена автономность от электроснабжающих компаний;
  3. Отсутствуют отходы-загрязнители;
  4. Экономятся природные ресурсы;
  5. Сокращаются расходы на топливо, электричество;
  6. Исключается влияние на атмосферный тепловой баланс;
  7. Сохраняется кислородный запас природы;
  8. Бесплатное превращение кинетической энергии ветра в электричество;

Плюс факты: Германия за счёт ветроэнергетики производит 8% электричества, Испания – 16%, Ирландия – 14%, Португалия – 19%, Дания – 28%.

Теперь перечислим минусы:

  1. Работа ветряков создаёт помехи в эфире;
  2. Шум отрицательно влияет на здоровье человека и животного мира;
  3. Нестабильность работы, непостоянство подачи энергии;
  4. Требует значительную территорию;
  5. Дороговизна.

К минусам отнесём признание жителя Калининграда: «Ветрогенератор, бывший в употреблении, я купил в Германии. Заплатил 49 миллионов рублей, из них 30 — стоимость генератора, плюс доставка и растаможка, 20 — монтаж. Мастера установили так, что шланги скручиваются, генератор вырабатывает процентов пять от мощности, которые уходят на работу поворотного механизма. На выходе – ноль. Короче, имею «красивый» флюгер за 50 миллионов. Круто, правда»?

Необходимо возразить: во всём мире установки работают безукоризненно, тысячи лет люди ими пользовались по мере побед цивилизации. Только у нас в России они не прижились. Странно. Тогда надо искать причину в чём-то другом. Не так ли?

Энергия солнца

Всевозможные гелиоустановки используют солнечное излучение как альтернативный источник энергии. Излучение Солнца можно использовать как для нужд теплоснабжения, так и для получения электричества.

Существуют разные способы преобразования солнечного излучения в тепловую и электроэнергию и, соответственно, различные типы солнечных электростанций. Наиболее распространены станции, использующие фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), объединенные в солнечные батареи.

Солнечные электростанции активно используются более чем в 80 странах мира. Большинство крупнейших фотоэлектрических установок мира находятся в США.

К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.

Недостатками в использовании солнечной энергии являются дороговизна оборудования, зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций. Также серьёзной экологической проблемой является использование при изготовлении фотоэлектрических элементов для гелиосистем ядовитых и токсичных веществ, что создаёт проблему их утилизации.

Самая крупная ветровая электростанция в России

На сегодняшний день самой крупной из действующих в России является Ульяновская ВЭС. Ее установленная мощность составляет 35 МВт, что относительно немного в сравнении с имеющимися ГЭС. Станция совсем новая, запущена в эксплуатацию в январе 2018 года. ВЭС принадлежит компании Фортум, строительство комплекса продолжалось два года. В состав станции входят 14 ветротурбин по 2,5 МВт мощностью.

Поставщиком комплекса является китайская компания DongFung, выигравшая тендер на поставку проектного оборудования. Проектные работы начались в феврале 2016 года, а непосредственное строительство стартовало в мае 2017. Примечательно, что основными участниками создания проекта и строительных работ являлись компании из России, хотя были и зарубежные представители. При этом, доля российского оборудования составляет 28 %, т.е. большинство технического обеспечения создано в Китае.

Данная ВЭС не долго будет являться самой крупной в России. В планах компании Фортум в партнерстве с компанией Вестас (мировым поставщиком ветротурбин и оборудования для ВЭС) строительство большого количества турбин суммарной мощностью до 1000 МВт. Предполагаемый процент российского оборудования в этих проектах — 65%.

Как сделать ветряную электростанцию?

Создание ветряной электростанции является сложным и затратным процессом. Необходимо установить большое количество ветряков и объединить их в единую энергосистему с общей производительностью. Это требует больших усилий по техническому, юридическому и финансовому сопровождению проекта, понадобятся тщательные предварительные разведочные работы, отвечающие на все вопросы эксплуатационного характера:

  • преобладающая скорость ветра
  • климатические условия, возможность ураганных ветров
  • состав почв, стабильность, несущая способность
  • особенности рельефа местности

Эти показатели дают почву для расчетов эффективности и возможности строительства станции в данном регионе. Использование ветроэлектростанций не создает проблем для сельского хозяйства, площади сокращаются только на размеры основания несущих мачт. Работа установок имеет достаточно плавный характер и не вредит окружающим людям или животным. Для местностей, не имеющих других вариантов, ветроэнергетические установки являются оптимальным выходом из положения.

Ветряная электростанция своими руками

Для работы электронасоса, телевизора, освещения или других маломощных электроприборов на дачном участке ветроэнергетическую установку можно сделать собственноручно, если есть некоторые познания в электротехнике.

Существуют справочные данные и рекомендации по выбору мощности ветрогенератора, размерам и количеству его лопастей и достаточно подробные инструкции, как сделать ветряную электростанцию своими руками, из каких материалов и узлов.

Сегодня в Европе растут капиталовложения в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников.

Конструкция ветроэлектростанций постоянно совершенствуется, улучшаются аэродинамические и электрические показатели, снижаются потери.

Ветряные электростанции для дома, по оценкам экономистов, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.

Список литературы

  1. Боровский, Ю.В. Современные проблемы мировой энергетики / Ю.В. Боровский, М.: Навона, 2011 г. – 232 с.
  2. Дегтярев, К.С. К вопросу об экономике возобновляющихся источников энергии / К.С. Дегтярев, А.М. Залиханов, А.А. Соловьев, Д.А. Соловьев // Энергия. Экономика. Техника. Экология. – 2016. – № 10. – С. 10–21.
  3. Довгалюк, Ю.А. О прогнозе развития конвективных облаков и связанных с ними опасных явлений с помощью модели малой размерности / Ю.А. Довгалюк, Н.Е. Веремей, А.А. Синькевич., А.К. Слепухина // Вопросы физики облаков. Сборник статей памяти С.М. Шметера. М: ГУ «НИЦ» Планета, 2008. – 167 с.
  4. Кузнецов, Д.А. Возможности развития современной грозовой энергетики / Д.А. Кузнецов // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 4-6.
  5. Огарков, А.И. Большая эффективность малой энергетики / А.И. Огарков // АПК: экономика, управление. – 2007. – № 6. – С. 2–6.
  6. Суслов, Н.И. Возобновляемые источники энергии в стране, где много традиционных ресурсов: еще о России / Н. И. Суслов // ЭКО. – 2014. – № 3. – С. 69–87.

Картинки взяты с сайта по ссылке.

Король Раиса Александровна

Раиса Король, научный сотрудник лаборатории моделирования и минимизации антропогенных рисков

Возобновляемые источники энергии в России

Возобновляемые источники энергии в России получили развитие сравнительно недавно. После 2000 годов, из-за сокращения количества энергоносителей и ухудшения экологической обстановки, необходимость внедрения различных видов возобновляемых источников энергии стала очевидной.

Вклад подобных технологий в производство электроэнергии до этих пор составлял 1 %, в теплоэнергетике ─ 2%. Т.е. инвестиции в ВИЭ были минимальны, а основными энергоносителями страны выступали уголь, нефть и газ.

Перспективы развития гелиоэнергетики в России

Самым эффективным является использование установок напрямую преобразующих солнечную энергию в электричество. Они работают на основе монокристаллов, поликристаллов, аморфного кремния. Такие батареи автоматизированы, практически не затрачивают энергию на себя. Они подлежат ремонту, мощность можно регулировать, добавляя или убирая секции. Подобные коллекторы активно устанавливаются в Ставропольском, Краснодарском крае, Ростовской области, Дагестане.

Перспективы развития ветроэнергетики

Экономика ВИЭ в России под ветроэнергетику отводит 25–30% всего объема электричества. Такой показатель неплох, учитывая что страна не входит в число лидеров по использованию ВИЭ. Ветроэнергетика страны имеет мощность 20000 МВт. Уже сейчас работают ветровые станции с высоким КПД на предгорье Кавказа, на Алтае, в районах побережий морей. Мощные ветропарки располагаются на территории Крыма, в Калининградской области, на Алтае. Рассматривается вопрос постройки установок на берегу Каспийского и Азовского морей.

Кроме стационарных «ветряков» запускаются ветровые зонды (на высоту 2-3 км), имеющие более высокий КПД. Это обусловлено сильными порывами ветрами на высоте. Также широко применяются малые ветровые площадки для обеспечения электричеством близлежащих сел и деревень.

Советуем почитать: Правила поведения и действия при химической атаке

Перспективы развития геотермальной энергетики

На мировом рынке геотермальной энергетики вклад России примерно 10%, это весомая часть. Перспективы развития данной отрасли промышленности имеют Краснодарский край (около 12 месторождений), Камчатка, Кавказ, Калининградская область.

В Камчатском регионе работают несколько геотермальных станций мощностью по 80 МВт каждая, которые обеспечивают ¼ энергетических потребностей области. Согласно мнению специалистов Института вулканологии РАН, ресурсы одной только Камчатки составляют не менее 5000 МВт, что даст возможность обеспечить регион теплом и электричеством на 100 лет.

Перспективы развития приливной электроэнергетики

На основе данных экспериментальной Кольской станции (1968), которая дает 450 квт/ч, было решено начать строительство подобных приливных электростанций на берегу Тихого и Северного Ледовитого океанов. Возводятся Мезенская (мощностью 18,2 млн кВт) и Тугурская ПЭС (мощностью 6,8 млн кВт). Подобное оборудование разрабатывается и устанавливается Россией на территории Китая и Индии.

Глобальный взгляд, почему в России переход на ВИЭ не осуществится

Достоинства традиционной топливной энергетики:

  • Дешевизна. Человек не одно столетие добывает полезные ископаемые: технологии давно отработаны, месторождения найдены.
  • Доступность. Оборудование необходимое для производства себя окупило. Промышленность – стабильный источник рабочих мест и дохода для владельцев.
  • Востребованность. Спросом пользуется то, что дешево и эффективно. Эти два понятия связаны с добычей традиционных энергоносителей.

Топливная энергетика в России сегодня более перспективна, она справляется с поставленными задачами, тогда как нетрадиционная ─ лишь развивается. Для внедрения альтернативной энергетики необходимо преодолеть слишком большое количество препятствий, нужен потенциал и поддержка. Специалисты уверены, что на данном этапе ВИЭ в России могут быть лишь подспорьем для традиционных.

Комментарии

…закон сохранения энергии, несмотря на кажущуюся ясность и простоту, в действительности нельзя считать ни простым, ни ясным. Этот закон выражает постоянство суммы трёх слагаемых: 1) кинетической энергии, 2) потенциальной энергии, зависящей от положения тела, и 3) внутренней молекулярной энергии в формах тепловой, химической или электрической. При этом, как указывает Пуанкаре, такое выражение закона не представляло бы затруднений, если бы между указанными слагаемыми можно было провести строгое различие, т. е. первое слагаемое зависело бы только от скоростей, второе не зависело бы от скоростей и внутреннего состояния тел, а третье зависело бы только от внутреннего состояния тел. На самом же деле это не так, ибо, например, в случае наэлектризованных тел их электростатическая энергия зависит и от состояния тел, и от их положения в пространстве: если же тела ещё и движутся, то их электродинамическая энергия зависит уже не только от состояния тел и их положения в пространстве, но и от их скоростей

Пуанкаре показывает, что в этих условиях выбор функции, которую мы называем «энергией», оказывается условным, и, следовательно, единственная возможная формулировка закона сохранения энергии гласит: «существует нечто, остающееся постоянным».

Важно понимать, что физике сегодняшнего дня неизвестно, что такое энергия. Просто имеются формулы для расчёта определённых численных величин, сложив которые, мы получаем всегда одно и то же число

Это нечто отвлечённое, ничего не говорящее нам ни о механизме, ни о причинах появления в формуле различных членов.

Статью Р. Клаузиуса «О движущей силе теплоты и о законах, которые можно отсюда получить для теории теплоты (Ueber die bewegende Kraft der Wärme und die Gesetze, welche sich daraus für die Wärmelehre selbst ableiten lassen)», опубликованную в 1850 году, принято ныне рассматривать в качестве работы, положившей начало термодинамике как научной дисциплине. Использованное в статье Клаузиуса не слишком удачное — по меркам сегодняшнего дня — понятие «Gesammtwärme (полное количество теплоты)» относится к трактовке смысла функции U{\displaystyle U}, но не к названию этой функции.

В некоторых изданиях указывают, что понятие «внутренняя энергия» введено У. Томсоном. Ему же иногда приписывают авторство термина «внутренняя энергия». Говоря о механической энергии, Томсон в статье «О динамической теории теплоты» не упоминает первую часть работы Клаузиуса «О движущей силе теплоты…», в которой Клаузиус ввёл в рассмотрение свою — пока ещё безымянную — функцию U{\displaystyle U}, но даёт ссылку на вторую часть указанной статьи Клаузиуса, опубликованную в следующем номере журнала «Annalen der Physik». Иными словами, на момент сдачи в печать статьи «О динамической теории теплоты» Томсон знал об опередившей эту статью работе Клаузиуса. С точки зрения научного приоритета не имеет значения, представляет ли трактат Томсона опоздавшее с публикацией независимое исследование, либо же статья Клаузиуса послужила для Томсона отправной точкой для развития идей немецкого учёного.

Применение в одном разделе разных правил знаков для теплоты и работы призвано приблизить написание приводимых в разделе формул к их написанию в источниках, из которых эти формулы заимствованы.