仕事と熱の決定的な違いは、仕事が一方向への秩序ある動きであるのに対し、熱は分子のランダムな動きであることです。

仕事と熱は、熱力学の最も重要な概念の一つである。仕事と熱は相関性が高いが、同一ではない。仕事と熱の理解は、はるか昔にさかのぼります。この2つの概念の解明により、古典熱力学は物理学の「完全な」分野の1つとなったのである。熱も仕事もエネルギーの概念である。熱と仕事の理論は、熱力学、電気力学、機械学において非常に重要である。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 仕事とは 3. 熱とは 4. 横並び比較 - 仕事と熱を表形式で 5. まとめ

作業は何ですか？

物理学では、仕事を「力が距離を通じて伝達するエネルギー」と定義しています。仕事はスカラー量であり、仕事をすることができる量の値は1つだけであり、方向性はないことを意味する。粗い表面をドラッグしている物体を考えてみましょう。物体には摩擦がある。ある点AとBに対して、その間の経路は無限にあるので、AからBへの経路は無限にある。物体が与えられた経路上を距離sだけ移動する場合、直方体にかかる摩擦力によって行われる仕事はF.s（スカラー値のみを考慮）である。パスによってxの値は異なる。したがって、行われる仕事も違ってきます。

図01：力「F」で物体「s」の距離を移動させたときにかかる仕事

仕事が進路に依存すること、すなわち仕事が進路の関数であることを示すことができる。保存的な力場では、行われた仕事を状態の関数として考えることができる。国際単位系では、イギリスの物理学者ジェームズ・ジュールにちなんでジュールという単位が使われていますが、CGSではエルグで計算しています。熱力学では、仕事というと、内圧や外圧が仕事をする力の発生源となるので、通常は圧力の仕事を意味します。圧力が一定の場合、かかる仕事はP.ΔVとなり、Pは圧力、ΔVは体積の変化となります。

熱は何ですか？

熱はエネルギーの一種である。ジュール単位で計測できる熱力学の第一法則は、エネルギーの保存についてです。これは、あるシステムに供給される熱は、そのシステムの内部エネルギーの増分と、そのシステムが周囲に及ぼす仕事とに等しいことを述べている。つまり、熱を仕事に変えることも、その逆も可能だということです。

図02：火は熱を発生させる

さらに、分子や原子のランダムな運動によって蓄えられるエネルギーを熱と定義することができる。あるシステムの熱量は、そのシステムが置かれている状態のみに依存するため、熱は状態の関数であると言える。

作業と熱の違い

仕事とは、力によって距離を移動するエネルギーであるのに対し、熱はエネルギーの一種である。仕事と熱の決定的な違いは、仕事が一方向への秩序ある動きであるのに対し、熱は分子のランダムな動きであることです。また、仕事は経路の関数であるのに対し、熱は状態の関数である。

仕事と熱のもう一つの重要な違いとして、仕事は完全に熱に変換できるが、熱は100％仕事に変換できないことを示すことができる。さらに、熱はエネルギーの一形態であるのに対し、仕事はエネルギーを伝達する方法である。仕事と熱の違いについては、以下のインフォグラフィックでより詳しく比較しています。

概要 - 作業 vs. 熱

仕事と熱は、物理や化学で使う概念です。仕事と熱は相互に関連していますが、両者にはいくつかの違いがあります。仕事と熱の決定的な違いは、仕事が一方向への秩序ある動きであるのに対し、熱は分子のランダムな動きであることです。

引用

1OpenStaxCollege.「大学物理」『社会学入門-第1カナダ版』BCcampus、2012年1月23日。こちらで入手可能です 2.ジョーンズ、アンドリュー・ジマーマン"A Scientific Approach to Defining Heat", ThoughtCo, 11 October 2018.こちらで入手可能 2 ジョーンズ、アンドリュー・ジマーマン"A Scientific Approach to Defining Thermal Energy," ThoughtCo, 11 Oct. 2018.