Термодинамическая работа

Под работой в термодинамике, в зависимости от контекста, понимают как действие обмена энергией между термодинамической системой и окружающей средой, не связанное с переносом вещества и/или теплообменом^[1] (работа как способ/форма передачи энергии^[2], работа как форма обмена энергией^[3], работа как особый вид энергии в процессе перехода^[4], то есть как функционал процесса, «не существующий» до процесса, после процесса и вне процесса^[5]), так и количественную меру этого действия, то есть величину передаваемой энергии^[1]. Общая черта всех видов термодинамической работы — изменение энергии объектов, состоящих из очень большого числа частиц, под действием каких-либо сил: поднятие тел в поле тяготения, переход некоторого количества электричества под действием разности электрических потенциалов, расширение газа, находящегося под давлением, и другие. Работа в различных ситуациях может быть качественно своеобразна, но любой вид работы всегда может быть полностью преобразован в работу поднятия груза и количественно учтён в этой форме^[4].

Исходное понятие работы термодинамика заимствует из механики. Механическая работа определяется как скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения точки приложения силы:

где ${\overrightarrow {F}}$ — сила, а ${\overrightarrow {dr}}$ — элементарное (бесконечно малое) перемещение^[6]. Современная термодинамика, следуя Клаузиусу, вводит понятие обратимой или термодинамической работы. В случае простой термодинамической системы (простого тела) термодинамической работой называется работа сжимаемого тела в зависимости от абсолютного давления $(p)$ и изменения объёма $(dV)$ :

Интегральное определение удельной термодинамической работы изменения объёма возможно лишь при наличии уравнения процесса в форме уравнения связи давления и удельного объёма рабочего тела.