Εισαγωγή στην Εργασία
Το έργο είναι ένας όρος της φυσικής που περιγράφει την ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται όταν ένα αντικείμενο μετακινείται σε απόσταση από μια εξωτερική δύναμη, τουλάχιστον ένα μέρος της οποίας εφαρμόζεται στην κατεύθυνση μετατόπισης.
Η εργασία μπορεί να υπολογιστεί πολλαπλασιάζοντας το μήκος της διαδρομής με τη συνιστώσα της δύναμης που ενεργεί κατά μήκος της διαδρομής εάν η δύναμη είναι σταθερή.
Μαθηματική έκφραση για εργασία
Η εργασία εκτελείται σε ένα αντικείμενο όταν μια δύναμη λειτουργεί προς ή αντίθετα από την κατεύθυνση κίνησης του αντικειμένου.
W=F△x cosθ
Εδώ,
W =Εργασία σε Joules (J)
F =Μέγεθος δύναμης σε Newton (N)
Δx =Τιμή μετατόπισης σε μέτρο (m)
θ =γωνία μεταξύ της δύναμης και της κατεύθυνσης κίνησης του σώματος.
Ενότητα εργασίας
Η μονάδα εργασίας S.I. θεωρείται Joule(J).
Για παράδειγμα, εάν ασκηθεί δύναμη 10N σε ένα σώμα και μετατοπιστεί κατά 15 m υπό γωνία , τότε το έργο που θα γίνει θα είναι
W =FΔx cos θ
W =10 ✕ 15 ✕ cos θ
W =75 J
Εργασία που έγινε για διαφορετικές τιμές γωνίας θήτα ( θ)
Τώρα που γνωρίζουμε για τη μαθηματική έκφραση της εργασίας, θα πρέπει πάντα να έχουμε κατά νου και να λαμβάνουμε υπόψη τους παρακάτω παράγοντες κατά τον υπολογισμό της εργασίας που έχει γίνει.
Το μέγεθος της συνιστώσας του και είναι F cos θ . Εάν η τιμή του θ> 90° , η συνιστώσα θα είναι παράλληλη προς την κατεύθυνση μετατόπισης αλλά δείχνει προς την άλλη κατεύθυνση και η δύναμη αντιτίθεται στην κίνηση.
Το cos θ δείχνει τη σχετική κατεύθυνση της δύναμης καθώς και τη μετατόπιση. Το πρόσημο του διανύσματος μετατόπισης και του διανύσματος δύναμης θα είναι διαφορετικό εάν η συνιστώσα της δύναμης κατά την κατεύθυνση της μετατόπισης είναι αντίθετη ως προς την κατεύθυνση της μετατόπισης. Αυτό ισχύει ανεξάρτητα από το ποια θετική κατεύθυνση επιλέχθηκε.
Ας δούμε μερικά παραδείγματα για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτές τις καταστάσεις. Η γκρίζα κουκκίδα στα παρακάτω σχήματα συμβολίζει ένα αντικείμενο. Το αντικείμενο ασκείται από μια δύναμη, . δηλώνει τη μετατόπιση του αντικειμένου. Σε κάθε περίπτωση, ας προσδιορίσουμε το σημάδι της δουλειάς που έγινε.
- Σε θ =90° , cos θ =cos 90° =0
- F cos θ =F cos 90° =0
Επομένως, η δουλειά που γίνεται είναι επίσης ΜΗΔΕΝ.
- Σε θ > 90°, το μέγεθος της συνιστώσας της δύναμης είναι κατά μήκος της γραμμής μετατόπισης στην αντίθετη κατεύθυνση της μετατόπισης.
Cos θ <θ
F Cos θ <θ
Επομένως, η εργασία που γίνεται είναι ΑΡΝΗΤΙΚΗ,
- Είναι απαραίτητο να έχετε κατά νου ότι για να γίνει η εργασία, ένα στοιχείο της ασκούμενης δύναμης πρέπει να κατευθύνεται προς την κατεύθυνση της κίνησης. Δεν γίνεται δουλειά από δυνάμεις που είναι κάθετες στην κατεύθυνση της κίνησης.
Επιστημονική έννοια της εργασίας
Όταν εφαρμόζουμε τη δύναμη «F» σε ένα μπλοκ, το σώμα ταξιδεύει με επιτάχυνση ή η ταχύτητά του αυξάνεται ή μειώνεται ανάλογα με την κατεύθυνση της δύναμης. Η κινητική ενέργεια του συστήματος αλλάζει όσο αυξάνεται ή μειώνεται η ταχύτητα. Γνωρίζουμε ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, επομένως πρέπει να μετατραπεί σε άλλη μορφή. Αναφέρεται ως εργασία που γίνεται σε αυτήν την κατάσταση. Όταν γίνεται αρνητική εργασία, η ενέργεια μειώνεται, και όταν επιτυγχάνεται θετική εργασία, η ενέργεια αυξάνεται.
Έννοια της θερμότητας και της εργασίας
Θερμότητα: Σκεφτείτε ένα σύστημα που έχει και ζεστά και κρύα μέρη μέσα του. Η αγωγιμότητα, η ακτινοβολία και/ή η μεταφορά θα μεταφέρουν ενέργεια από τη θερμή στην ψυχρή περιοχή λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας. Η θερμότητα δίνεται αποκλειστικά στη μεταφορά ενέργειας, όχι στη μεταφορά μάζας, που συμβαίνει στην επιφάνεια του συστήματος. Όταν αλλάξει η κατάσταση του συστήματος, η θερμότητα εισέρχεται ή εξέρχεται από το σύστημα. Η θερμότητα δεν είναι ιδιότητα, επομένως δεν έχει μια ενιαία τιμή. Η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται καθορίζεται από τη διαδικασία (πώς το σύστημα μετακινείται από την κατάσταση 1 στην κατάσταση 2).
Η θερμότητα είναι ενέργεια που μεταφέρεται μέσω της επιφάνειας του συστήματος μέσω μεθόδων αγωγιμότητας και ακτινοβολίας.
Η μεταφορά δεν περιλαμβάνεται καθώς περιλαμβάνει ροή μάζας και η ενέργεια που σχετίζεται με αυτήν τη μάζα θα εξεταστεί χωριστά. Ως εκ τούτου, η θερμότητα ορίζεται αυθαίρετα ως επιφανειακό αποτέλεσμα:
Η θερμότητα είναι ενέργεια που μεταφέρεται πάνω από τα όρια ενός συστήματος χωρίς μεταφορά μάζας λόγω διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντός του.
Εργασία: Η εργασία, όπως και η θερμότητα, είναι ένα παροδικό φαινόμενο που δεν μπορεί να αποθηκευτεί σε μάζα ή σύστημα. Το έργο είναι μια έννοια επιφάνειας που υπάρχει ή εμφανίζεται μόνο κατά τη διάρκεια της διέλευσης ενέργειας μέσα ή έξω από ένα σύστημα. Μετά την ολοκλήρωση της εργασίας, το μόνο που μένει είναι το αποτέλεσμα της προσπάθειας:ενέργεια. Η εργασία μέσα ή έξω από το σύστημα συμβαίνει καθώς το σύστημα αλλάζει κατάσταση, ακριβώς όπως η θερμότητα. Η εργασία δεν είναι εμπόρευμα, επομένως δεν μπορεί να είναι μονοαξίας. Η διαδικασία (πώς το σύστημα προχωρά από την κατάσταση 1 στην κατάσταση 2) καθορίζει την ποσότητα της εργασίας που μεταφέρεται.
Με την παράφραση του ορισμού για τη θερμότητα, μπορεί να σχηματιστεί ένας γενικός ορισμός για όλους τους τύπους εργασίας:
Το έργο είναι ενέργεια που μεταφέρεται πάνω από τα όρια ενός συστήματος χωρίς τη μετάδοση μάζας λόγω μιας σημαντικής φυσικής διαφοράς μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντός του εκτός από τη θερμοκρασία.
Ολοκληρώθηκε η εργασία για τη θερμοδυναμική διεργασία
Η ισοχωρική, η ισοβαρική, η ισόθερμη και η αδιαβατική είναι οι τέσσερις βασικές θερμοδυναμικές διεργασίες. Ακολουθούν οι εξισώσεις για την εργασία που γίνεται σε διαφορετικές θερμοδυναμικές διεργασίες:
1.Ισοχωρική διαδικασία : Η ισοχορική διαδικασία ορίζεται ως αυτή στην οποία ο όγκος παραμένει σταθερός.
Δ V =0
Εφόσον η αλλαγή όγκου σε μια ισοχορική διεργασία είναι μηδέν, η εργασία που γίνεται είναι επίσης μηδενική.
W =PΔV =0
2.Ισοβαρική διεργασία: Η ισοβαρική διαδικασία είναι αυτή κατά την οποία η πίεση του συστήματος δεν αλλάζει (παραμένει σταθερή).
Δ P =0
Ο τύπος για την εργασία που γίνεται σε μια ισοβαρή διεργασία δίνεται ως:
W =PΔV
3.Ισοθερμική διεργασία: Η ισοθερμική διαδικασία είναι αυτή κατά την οποία η θερμοκρασία του συστήματος παραμένει σταθερή.
Δ T =0
Ο τύπος για την εργασία που γίνεται σε ισοθερμική διεργασία δίνεται ως:
W=nRTln[V1/V2]
n =όχι. γραμμομορίων αερίου
R =καθολική σταθερά αερίου =8,3144 J.K-1.mol-1
V1 &V2 =αρχικοί και τελικοί όγκοι του συστήματος
4.Αδιαβατική διεργασία: Η αδιαβατική διαδικασία είναι αυτή κατά την οποία η θερμική ενέργεια του συστήματος δεν αλλάζει.
Δ Q =0
Ο τύπος για την εργασία που γίνεται σε αδιαβατική διεργασία δίνεται ως:
W=1/1-ϒ[P2V2-P1V1]
ϒ=αδιαβατικός δείκτης
P1 &P 2 =αρχικές και τελικές πιέσεις του συστήματος
V1 &V2 =αρχικοί και τελικοί όγκοι του συστήματος
Συμπέρασμα
Εργασία είναι η δύναμη που προκαλεί ένα αντικείμενο να κινηθεί ή να μετατοπιστεί. Στην περίπτωση μιας σταθερής δύναμης, είναι το κλιμακωτό γινόμενο της δύναμης που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο και της μετατόπισης που προκαλείται από αυτή τη δύναμη. Παρά το γεγονός ότι τόσο η δύναμη όσο και η μετατόπιση είναι διανυσματικές τιμές, δεν έχει κατεύθυνση λόγω της φύσης ενός κλιμακωτού γινομένου.
Η θερμότητα είναι ενέργεια που μεταφέρεται πάνω από τα όρια ενός συστήματος χωρίς μεταφορά μάζας λόγω διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντός του. Από την άλλη πλευρά, η εργασία είναι ενέργεια που μεταφέρεται πάνω από τα όρια ενός συστήματος χωρίς τη μετάδοση μάζας λόγω μιας σημαντικής φυσικής διαφοράς μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντός του εκτός από τη θερμοκρασία.
