Основное различие между работой и теплотой заключается в том, что работа – это упорядоченное движение в одном направлении, тогда как теплота – это хаотическое движение молекул.
Работа и теплота - два наиболее важных понятия термодинамики. Работа и теплота тесно связаны друг с другом, но не совсем одно и то же. Стремление понять работу и тепло уходит корнями в далекое прошлое. После прояснения этих двух понятий классическая термодинамика стала одной из «законченных» областей физики. И теплота, и работа являются понятиями энергии. Теории теплоты и работы имеют огромное значение в термодинамике, моторной механике и машиностроении.
Что такое работа?
В физике мы определяем работу как количество энергии, переданной силой, действующей на расстоянии. Работа - это скалярная величина, а это значит, что для работы существует только величина, а направления нет. Рассмотрим объект, который мы тащим по шероховатой поверхности. На объект действует трение. Для заданных точек A и B между ними существует бесконечное число путей, поэтому существует бесконечно много путей, чтобы доставить ящик из A в B. Если расстояние, которое проходит объект, когда мы идем по определенному пути, равно s, работа, совершаемая трением на ящике, равна Fs (учитывая только скалярные значения). Разные пути имеют разные значения x. Следовательно, проделанная работа отличается.
Рисунок 01: Работа, выполненная при перемещении объекта на расстояние «s» с силой «F»
Мы можем доказать, что работа зависит от выбранного пути, что означает, что работа является функцией пути. Для консервативного силового поля мы можем считать выполненную работу функцией состояния. Единицей работы в системе СИ является Джоуль, названный в честь английского физика Джеймса Джоуля. Единицей работы СГС является эрг. В термодинамике, когда мы говорим «работа», мы обычно имеем в виду работу давления, потому что внутреннее или внешнее давление является генератором силы, который выполняет работу. В ситуации с постоянным давлением выполненная работа равна P. ΔV, где P - давление, а ΔV - изменение объема.
Что такое тепло?
Тепло – это форма энергии. Мы можем измерить его в джоулях. Первый закон термодинамики касается сохранения энергии. Он гласит, что теплота, подведенная к системе, равна приращению внутренней энергии этой системы плюс работа, совершаемая системой над окружающей средой. Таким образом, это показывает, что мы можем преобразовывать теплоту в работу и наоборот.
Рисунок 02: Огонь производит тепловую энергию
Кроме того, мы можем определить тепло как энергию, накопленную в результате случайного движения молекул или атомов. Количество тепла в системе зависит только от состояния, в котором находится система; следовательно, теплота есть функция состояния.
В чем разница между работой и теплом?
Работа - это количество энергии, переданной силой, действующей на расстоянии, а тепло - это форма энергии. Ключевое различие между работой и теплом заключается в том, что работа - это упорядоченное движение в одном направлении, а тепло - это хаотическое движение молекул. Более того, работа есть функция пути, а теплота есть функция состояния.
В качестве еще одного важного различия между работой и теплом мы можем доказать, что работа может быть полностью преобразована в тепло, но тепло не может быть на 100% преобразовано в работу. Более того, теплота - это форма энергии, а работа - способ передачи энергии. Приведенная ниже инфографика о разнице между работой и теплом дает более подробное сравнение.
Резюме – Работа против тепла
Работа и тепло – это понятия, которые мы используем как в физике, так и в химии. Работа и теплота взаимосвязаны, однако между ними есть и некоторые различия. Ключевое различие между работой и теплом заключается в том, что работа - это упорядоченное движение в одном направлении, а тепло - это беспорядочное движение молекул.
