ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างงานกับความร้อนคืองานคือการเคลื่อนที่แบบสั่งในทิศทางเดียว ในขณะที่ความร้อนคือการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุล
งานและความร้อนเป็นสองแนวคิดที่สำคัญที่สุดของอุณหพลศาสตร์ งานและความร้อนมีความเกี่ยวข้องกันอย่างมาก แต่ก็ไม่เหมือนกันเสียทีเดียว การแสวงหาความเข้าใจในการทำงานและความร้อนได้ย้อนกลับมา เมื่อเคลียร์แนวคิดทั้งสองนี้แล้ว เทอร์โมไดนามิกส์แบบคลาสสิกก็กลายเป็นหนึ่งในสาขาฟิสิกส์ที่ "สมบูรณ์" ทั้งความร้อนและการทำงานเป็นแนวคิดของพลังงาน ทฤษฎีความร้อนและงานมีความสำคัญอย่างมากในด้านอุณหพลศาสตร์ กลศาสตร์ยานยนต์ และเครื่องจักร
งานอะไร
ในทางฟิสิกส์ เรานิยามงานว่าเป็นปริมาณพลังงานที่ถ่ายเทโดยแรงที่กระทำในระยะไกล งานคือปริมาณสเกลาร์ ซึ่งหมายความว่ามีปริมาณงานเท่านั้น ไม่มีทิศทาง พิจารณาวัตถุที่เราลากบนพื้นผิวที่ขรุขระ มีการเสียดสีกับวัตถุ สำหรับจุด A และ B ที่กำหนด มีเส้นทางระหว่างกันเป็นจำนวนอนันต์ ดังนั้นจึงมีเส้นทางมากมายนับไม่ถ้วนที่จะนำกล่องจาก A ไป B หากระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่เมื่อเราเดินไปบนเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งคือ s งานที่ทำโดยแรงเสียดทานบนกล่องคือ F.s (พิจารณาเฉพาะค่าสเกลาร์) เส้นทางที่ต่างกันมีค่า x ต่างกัน งานที่ทำจึงต่างกัน
รูปที่ 01: งานที่ทำระหว่างเคลื่อนย้ายวัตถุระยะทาง “s” ด้วยแรง “F”
เราสามารถพิสูจน์ได้ว่างานนั้นขึ้นอยู่กับเส้นทางที่ใช้ ซึ่งหมายความว่างานคือหน้าที่ของเส้นทางสำหรับสนามพลังอนุรักษ์นิยม เราสามารถเอางานที่ทำเป็นหน้าที่ของรัฐ หน่วยงาน SI คือ Joule ซึ่งตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ James Joule นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ หน่วยงาน CGS คือ erg ในอุณหพลศาสตร์ เมื่อเราพูดถึงงาน เรามักจะอ้างถึงงานแรงดัน เพราะแรงดันภายในหรือภายนอกคือเครื่องกำเนิดแรงที่ทำงาน ในสถานการณ์กดดันคงที่ งานที่ทำคือ P. ΔV โดยที่ P คือความดันและ ΔV คือการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร
ความร้อนคืออะไร
ความร้อนเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงาน เราสามารถวัดได้ในจูล กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เป็นเรื่องเกี่ยวกับการอนุรักษ์พลังงาน โดยระบุว่าความร้อนที่จ่ายให้กับระบบนั้นเท่ากับการเพิ่มพลังงานภายในของระบบนั้นบวกกับงานที่ทำโดยระบบโดยรอบ ดังนั้น นี่แสดงว่าเราสามารถแปลงความร้อนเป็นงานได้ และในทางกลับกัน
รูปที่ 02: ไฟก่อให้เกิดพลังงานความร้อน
นอกจากนี้ เราสามารถกำหนดความร้อนเป็นพลังงานที่เก็บไว้เป็นการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุลหรืออะตอม ปริมาณความร้อนในระบบขึ้นอยู่กับสถานะของระบบเท่านั้น ดังนั้นความร้อนจึงเป็นหน้าที่ของรัฐ
งานกับความร้อนต่างกันอย่างไร
งานคือปริมาณพลังงานที่ถ่ายเทโดยแรงที่กระทำผ่านระยะทางในขณะที่ความร้อนเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างงานกับความร้อนคืองานนั้นเป็นการเคลื่อนที่แบบสั่งในทิศทางเดียว ในขณะที่ความร้อนคือการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุล นอกจากนี้ งานเป็นหน้าที่ของเส้นทาง แต่ความร้อนเป็นหน้าที่ของสถานะ
ความแตกต่างที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งระหว่างงานกับความร้อน เราสามารถพิสูจน์ได้ว่างานสามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ทั้งหมด แต่ความร้อนไม่สามารถแปลงเป็นงานได้ 100% นอกจากนี้ ความร้อนยังเป็นรูปแบบของพลังงาน ในขณะที่การทำงานเป็นวิธีการถ่ายโอนพลังงานอินโฟกราฟิกด้านล่างเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างงานและความร้อนให้การเปรียบเทียบที่ละเอียดยิ่งขึ้น
สรุป – งาน vs ความร้อน
งานและความร้อนเป็นแนวคิดที่เราใช้ทั้งในด้านฟิสิกส์และเคมี งานและความร้อนมีความสัมพันธ์กัน แต่มีความแตกต่างบางประการเช่นกัน ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างงานกับความร้อนคือ งานคือการเคลื่อนที่แบบสั่งในทิศทางเดียว ในขณะที่ความร้อนคือการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุล