ההבדל העיקרי בין עבודה לחום הוא שעבודה היא התנועה המסודרת בכיוון אחד בעוד שחום הוא התנועה האקראית של מולקולות.
עבודה וחום הם שני המושגים החשובים ביותר של התרמודינמיקה. עבודה וחום קשורים מאוד זה לזה, אבל הם לא לגמרי זהים. השאיפה להבין עבודה וחום חוזרת אחורה. לאחר שניקו את שני המושגים הללו, התרמודינמיקה הקלאסית הפכה לאחד התחומים ה"מושלמים" בפיזיקה. גם חום וגם עבודה הם מושגים של אנרגיה. לתיאוריות של חום ועבודה יש משמעות עצומה בתרמודינמיקה, מכניקה מוטורית ומכונות.
מה זה עבודה?
בפיזיקה, אנו מגדירים עבודה ככמות האנרגיה המועברת על ידי כוח הפועל דרך מרחק. עבודה היא כמות סקלרית, כלומר יש רק גודל לעבודה, כיוון לא קיים. חשבו על חפץ שאנו גוררים על משטח מחוספס. יש חיכוך שפועל על האובייקט. עבור נקודות A ו-B נתונות, מתקיים ביניהן מספר אינסופי של נתיבים, לכן, ישנם אינסוף מסלולים לקחת את התיבה מ-A ל-B. אם המרחק שהאובייקט עובר כשאנחנו לוקחים אותו בנתיב מסוים הוא, s, העבודה שנעשתה על ידי חיכוך על הקופסה היא F.s, (בהתחשב רק בערכים הסקלרים). לנתיבים שונים יש ערכי x שונים. לכן, העבודה שנעשתה שונה.
איור 01: עבודה שנעשתה במהלך הזזת המרחק "s" של האובייקט עם כוח "F"
אנו יכולים להוכיח שהעבודה תלויה בנתיב שנלקח, כלומר העבודה היא פונקציה של הנתיב.עבור שדה כוח שמרני, אנחנו יכולים לקחת את העבודה שנעשתה כפונקציה של המדינה. יחידת העבודה של SI היא ג'ול, שנקראת לכבודו של הפיזיקאי האנגלי ג'יימס ג'ול. יחידת העבודה CGS היא ארג. בתרמודינמיקה, כשאומרים עבודה, אנחנו מתייחסים בדרך כלל לעבודת הלחץ, מכיוון שהלחץ הפנימי או החיצוני הוא מחולל הכוח שעושה את העבודה. במצב לחץ קבוע, העבודה הנעשית היא P. ΔV, כאשר P הוא הלחץ ו-ΔV הוא השינוי בנפח.
מהו חום?
חום הוא סוג של אנרגיה. אנחנו יכולים למדוד את זה בג'ול. החוק הראשון של התרמודינמיקה הוא על שימור האנרגיה. הוא קובע כי החום המסופק למערכת שווה לתוספת האנרגיה הפנימית של אותה מערכת בתוספת העבודה שמבצעת המערכת על הסביבה. לפיכך, זה מראה שאנחנו יכולים להמיר חום לעבודה, ולהיפך.
איור 02: אש מייצרת אנרגיית חום
יתר על כן, אנו יכולים להגדיר את החום כאנרגיה האצורה כתנועה אקראית של מולקולות או אטומים. כמות החום במערכת תלויה רק במצב בו נמצאת המערכת; לכן, חום הוא פונקציה של מצב.
מה ההבדל בין עבודה לחום?
עבודה היא כמות האנרגיה המועברת על ידי כוח הפועל דרך מרחק בעוד חום הוא סוג של אנרגיה. ההבדל העיקרי בין עבודה לחום הוא שעבודה היא התנועה המסודרת בכיוון אחד ואילו חום הוא התנועה האקראית של מולקולות. יתר על כן, עבודה היא פונקציה של הנתיב, אבל חום הוא פונקציה של מצב.
כעוד הבדל חשוב בין עבודה לחום, אנו יכולים להוכיח שניתן להמיר עבודה לחלוטין לחום, אך לא ניתן להמיר חום ב-100% לעבודה. יתרה מכך, חום הוא סוג של אנרגיה, בעוד עבודה היא שיטה להעברת אנרגיה.האינפוגרפיקה למטה על ההבדל בין עבודה לחום נותנת השוואה מפורטת יותר.
סיכום – עבודה מול חום
עבודה וחום הם מושגים שאנו משתמשים בהם גם בפיזיקה וגם בכימיה. עבודה וחום קשורים זה בזה, אולם יש גם כמה הבדלים ביניהם. ההבדל העיקרי בין עבודה לחום הוא שעבודה היא התנועה המסודרת בכיוון אחד ואילו חום הוא התנועה האקראית של מולקולות.
