Η βασική διαφορά μεταξύ εργασίας και θερμότητας είναι ότι το έργο είναι η διατεταγμένη κίνηση προς μία κατεύθυνση ενώ η θερμότητα είναι η τυχαία κίνηση των μορίων.
Εργασία και θερμότητα είναι οι δύο πιο σημαντικές έννοιες της θερμοδυναμικής. Η εργασία και η θερμότητα είναι πολύ αλληλένδετες μεταξύ τους, αλλά δεν είναι ακριβώς το ίδιο. Η αναζήτηση για την κατανόηση της εργασίας και της θερμότητας πηγαίνει πολύ πίσω. Με αυτές τις δύο έννοιες ξεκαθαρισμένες, η κλασική θερμοδυναμική έγινε ένα από τα «ολοκληρωμένα» πεδία της φυσικής. Τόσο η θερμότητα όσο και η εργασία είναι έννοιες της ενέργειας. Οι θεωρίες της θερμότητας και της εργασίας έχουν τεράστια σημασία στη θερμοδυναμική, τη μηχανική κινητήρων και τα μηχανήματα.
Τι είναι Εργασία;
Στη φυσική, ορίζουμε το έργο ως την ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από μια δύναμη που ενεργεί σε απόσταση. Το έργο είναι ένα βαθμωτό μέγεθος, που σημαίνει ότι υπάρχει μόνο ένα μέγεθος για να εργαστείτε, δεν υπάρχει κατεύθυνση. Σκεφτείτε ένα αντικείμενο που σύρουμε σε μια τραχιά επιφάνεια. Υπάρχει τριβή που επενεργεί στο αντικείμενο. Για δεδομένα σημεία Α και Β, υπάρχει άπειρος αριθμός μονοπατιών μεταξύ τους, επομένως, υπάρχουν άπειρες διαδρομές για να πάτε το κουτί από το Α στο Β. Εάν η απόσταση που διανύει το αντικείμενο όταν το παίρνουμε σε μια συγκεκριμένη διαδρομή είναι, s, το έργο που γίνεται με την τριβή στο κουτί είναι F.s, (λαμβάνοντας υπόψη μόνο τις βαθμωτές τιμές). Διαφορετικές διαδρομές έχουν διαφορετικές τιμές x. Επομένως, η δουλειά που γίνεται είναι διαφορετική.
Εικόνα 01: Εργασία που γίνεται κατά τη μετακίνηση της απόστασης "s" του αντικειμένου με τη δύναμη "F"
Μπορούμε να αποδείξουμε ότι η εργασία εξαρτάται από τη διαδρομή που ακολουθείται, πράγμα που σημαίνει ότι η εργασία είναι συνάρτηση της διαδρομής. Για ένα συντηρητικό πεδίο δύναμης, μπορούμε να πάρουμε το έργο που γίνεται ως συνάρτηση του κράτους. Η μονάδα εργασίας του SI είναι Joule, που ονομάστηκε προς τιμήν του Άγγλου φυσικού James Joule. Η μονάδα εργασίας CGS είναι erg. Στη θερμοδυναμική, όταν λέμε εργασία, συνήθως αναφερόμαστε στο έργο πίεσης, επειδή η εσωτερική ή εξωτερική πίεση είναι η γεννήτρια δύναμης που κάνει τη δουλειά. Σε μια κατάσταση σταθερής πίεσης, η εργασία που γίνεται είναι P. ΔV, όπου P είναι η πίεση και ΔV είναι η μεταβολή του όγκου.
Τι είναι η θερμότητα;
Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας. Μπορούμε να το μετρήσουμε σε Joule. Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής αφορά τη διατήρηση της ενέργειας. Δηλώνει ότι η θερμότητα που παρέχεται σε ένα σύστημα είναι ίση με την εσωτερική αύξηση της ενέργειας αυτού του συστήματος συν την εργασία που γίνεται από το σύστημα στο περιβάλλον. Έτσι, αυτό δείχνει ότι μπορούμε να μετατρέψουμε τη θερμότητα σε εργασία και το αντίστροφο.
Εικόνα 02: Η φωτιά παράγει θερμική ενέργεια
Επιπλέον, μπορούμε να ορίσουμε τη θερμότητα ως την ενέργεια που αποθηκεύεται ως τυχαία κίνηση μορίων ή ατόμων. Η ποσότητα θερμότητας σε ένα σύστημα εξαρτάται μόνο από την κατάσταση στην οποία βρίσκεται το σύστημα. Επομένως, η θερμότητα είναι συνάρτηση της κατάστασης.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ εργασίας και θερμότητας;
Το έργο είναι η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από μια δύναμη που ενεργεί σε απόσταση, ενώ η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας. Η βασική διαφορά μεταξύ εργασίας και θερμότητας είναι ότι η εργασία είναι η διατεταγμένη κίνηση προς μία κατεύθυνση ενώ η θερμότητα είναι η τυχαία κίνηση των μορίων. Επιπλέον, η εργασία είναι συνάρτηση της διαδρομής, αλλά η θερμότητα είναι συνάρτηση της κατάστασης.
Ως άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ εργασίας και θερμότητας, μπορούμε να αποδείξουμε ότι η εργασία μπορεί να μετατραπεί πλήρως σε θερμότητα, αλλά η θερμότητα δεν μπορεί να μετατραπεί 100% σε εργασία. Επιπλέον, η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας, ενώ η εργασία είναι μια μέθοδος μεταφοράς ενέργειας. Το παρακάτω infographic σχετικά με τη διαφορά μεταξύ εργασίας και θερμότητας δίνει μια πιο λεπτομερή σύγκριση.
Σύνοψη – Work vs Heat
Η εργασία και η θερμότητα είναι έννοιες που χρησιμοποιούμε τόσο στη φυσική όσο και στη χημεία. Η εργασία και η θερμότητα είναι αλληλένδετα, ωστόσο υπάρχουν και κάποιες διαφορές μεταξύ τους. Η βασική διαφορά μεταξύ εργασίας και θερμότητας είναι ότι το έργο είναι η διατεταγμένη κίνηση προς μία κατεύθυνση ενώ η θερμότητα είναι η τυχαία κίνηση των μορίων.
