Avainero työn ja lämmön välillä on, että työ on järjestettyä liikettä yhteen suuntaan, kun taas lämpö on molekyylien satunnaista liikettä.
Työ ja lämpö ovat kaksi tärkeintä termodynamiikan käsitettä. Työ ja lämpö liittyvät vahvasti toisiinsa, mutta ne eivät ole aivan sama asia. Pyrkimys ymmärtää työtä ja lämpöä on pitkällä. Kun nämä kaksi käsitettä selvitettiin, klassisesta termodynamiikasta tuli yksi fysiikan "valmiista" aloista. Sekä lämpö että työ ovat energian käsitteitä. Lämmön ja työn teorioilla on v altava merkitys termodynamiikassa, moottorimekaniikassa ja koneistossa.
Mitä työ on?
Fysiikassa työ määritellään etäisyyden kautta vaikuttavan voiman siirtämäksi energiaksi. Työ on skalaarisuure, mikä tarkoittaa, että työllä on vain suuruus, suuntaa ei ole olemassa. Harkitse esinettä, jota vedämme karkealla pinnalla. Kohteeseen vaikuttaa kitka. Tiettyjen pisteiden A ja B välillä on ääretön määrä polkuja, joten laatikon viemiseen paikasta A paikkaan B on äärettömän monta reittiä. Jos matka, jonka esine kulkee kuljetettaessa sitä tiettyä polkua pitkin, on s, laatikon kitkan tekemä työ on F.s, (ottaen huomioon vain skalaariarvot). Eri poluilla on eri x-arvot. Siksi tehty työ on erilaista.
Kuva 01: Työ, joka tehdään siirrettäessä kohteen "s" etäisyyttä "F"-voimalla
Voimme todistaa, että työ riippuu valitusta polusta, mikä tarkoittaa, että työ on polun funktio. Konservatiivisen voimakentän os alta voimme ottaa tehdyn työn v altion funktiona. SI-työyksikkö on Joule, joka on nimetty englantilaisen fyysikon James Joulen kunniaksi. CGS-työyksikkö on erg. Termodynamiikassa, kun sanomme työtä, tarkoitamme yleensä painetyötä, koska sisäinen tai ulkoinen paine on voimageneraattori, joka tekee työn. Vakiopainetilanteessa työ on P. ΔV, jossa P on paine ja ΔV on tilavuuden muutos.
Mitä lämpö on?
Lämpö on energian muoto. Voimme mitata sen jouleina. Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö koskee energian säilymistä. Siinä todetaan, että järjestelmään syötetty lämpö on yhtä suuri kuin järjestelmän sisäinen energialisäys plus järjestelmän ympäristöön tekemä työ. Siten tämä osoittaa, että voimme muuttaa lämmön työksi ja päinvastoin.
Kuva 02: Tuli tuottaa lämpöenergiaa
Lisäksi voimme määritellä lämmön energiaksi, joka on varastoitunut molekyylien tai atomien satunnaisena liikkeenä. Järjestelmän lämmön määrä riippuu vain järjestelmän tilasta; siksi lämpö on tilan funktio.
Mitä eroa on työllä ja lämmöllä?
Työ on etäisyyden läpi vaikuttavan voiman siirtämä energiamäärä, kun taas lämpö on energian muoto. Keskeinen ero työn ja lämmön välillä on, että työ on järjestettyä liikettä yhteen suuntaan, kun taas lämpö on molekyylien satunnaista liikettä. Lisäksi työ on polun funktio, mutta lämpö on tilan funktio.
Toisena tärkeänä erona työn ja lämmön välillä voimme todistaa, että työ voidaan muuttaa kokonaan lämmöksi, mutta lämpöä ei voida muuttaa 100-prosenttisesti työksi. Lisäksi lämpö on energian muoto, kun taas työ on menetelmä energian siirtämiseksi. Alla oleva infografiikka työn ja lämmön eroista antaa tarkemman vertailun.
Yhteenveto – työ vs lämpö
Työ ja lämpö ovat käsitteitä, joita käytämme sekä fysiikassa että kemiassa. Työ ja lämpö liittyvät toisiinsa, mutta niiden välillä on myös joitain eroja. Keskeinen ero työn ja lämmön välillä on, että työ on järjestettyä liikettä yhteen suuntaan, kun taas lämpö on molekyylien satunnaista liikettä.
