Kluczowa różnica między pracą a ciepłem polega na tym, że praca to uporządkowany ruch w jednym kierunku, podczas gdy ciepło to przypadkowy ruch cząsteczek.
Praca i ciepło to dwa najważniejsze pojęcia termodynamiki. Praca i ciepło są ze sobą ściśle powiązane, ale nie są do końca takie same. Dążenie do zrozumienia pracy i ciepła sięga wstecz. Po wyjaśnieniu tych dwóch koncepcji termodynamika klasyczna stała się jedną z „ukończonych” dziedzin fizyki. Zarówno ciepło, jak i praca to pojęcia energii. Teorie ciepła i pracy mają ogromne znaczenie w termodynamice, mechanice silników i maszynach.
Co to jest praca?
W fizyce definiujemy pracę jako ilość energii przekazywaną przez siłę działającą na odległość. Praca jest wielkością skalarną, co oznacza, że jest tylko ogrom pracy, a kierunek nie jest obecny. Weźmy pod uwagę obiekt, który przeciągamy po szorstkiej powierzchni. Na obiekt działa tarcie. Dla danych punktów A i B istnieje nieskończona liczba ścieżek między nimi, dlatego istnieje nieskończenie wiele dróg, którymi można poprowadzić pudełko z A do B. Jeśli odległość, jaką obiekt pokonuje, gdy poruszamy się po określonej ścieżce, wynosi s, praca wykonana przez tarcie na pudle to F.s (biorąc pod uwagę tylko wartości skalarne). Różne ścieżki mają różne wartości x. Dlatego wykonywana praca jest inna.
Rysunek 01: Praca wykonana podczas przesuwania obiektu na odległość „s” przy użyciu siły „F”
Możemy udowodnić, że praca zależy od obranej ścieżki, co oznacza, że praca jest funkcją ścieżki. W przypadku konserwatywnego pola siłowego możemy przyjąć wykonaną pracę jako funkcję stanu. Jednostką pracy SI jest Joule, nazwana na cześć angielskiego fizyka Jamesa Joule'a. Jednostką pracy CGS jest erg. W termodynamice, kiedy mówimy praca, zwykle odnosimy się do pracy ciśnieniowej, ponieważ ciśnienie wewnętrzne lub zewnętrzne jest generatorem siły, który wykonuje pracę. W sytuacji stałego ciśnienia wykonana praca to P. ΔV, gdzie P to ciśnienie, a ΔV to zmiana objętości.
Co to jest ciepło?
Ciepło jest formą energii. Możemy to zmierzyć w dżulach. Pierwsza zasada termodynamiki dotyczy zachowania energii. Stwierdza, że ciepło dostarczane do systemu jest równe wewnętrznemu przyrostowi energii tego systemu plus praca wykonana przez system na otoczeniu. To pokazuje, że możemy zamienić ciepło w pracę i odwrotnie.
Rysunek 02: Ogień wytwarza energię cieplną
Ponadto możemy zdefiniować ciepło jako energię zmagazynowaną jako przypadkowy ruch cząsteczek lub atomów. Ilość ciepła w systemie zależy tylko od stanu, w jakim znajduje się system; dlatego ciepło jest funkcją stanu.
Jaka jest różnica między pracą a upałem?
Praca to ilość energii przenoszonej przez siłę działającą na odległość, podczas gdy ciepło jest formą energii. Kluczowa różnica między pracą a ciepłem polega na tym, że praca to uporządkowany ruch w jednym kierunku, podczas gdy ciepło to przypadkowy ruch cząsteczek. Ponadto praca jest funkcją ścieżki, ale ciepło jest funkcją stanu.
Jako kolejna ważna różnica między pracą a ciepłem, możemy udowodnić, że pracę można całkowicie przekształcić w ciepło, ale ciepła nie można w 100% przekształcić w pracę. Ponadto ciepło jest formą energii, a praca sposobem przekazywania energii. Poniższa infografika na temat różnicy między pracą a ciepłem daje bardziej szczegółowe porównanie.
Podsumowanie – praca a ciepło
Praca i ciepło to pojęcia, których używamy zarówno w fizyce, jak i chemii. Praca i ciepło są ze sobą powiązane, jednak są też między nimi pewne różnice. Kluczową różnicą między pracą a ciepłem jest to, że praca to uporządkowany ruch w jednym kierunku, podczas gdy ciepło to przypadkowy ruch cząsteczek.
