Práce je ve fyzikálním smyslu veličina charakterizující dráhový účinek síly působící na těleso nebo na silové pole. Při konání práce dochází ke změně pohybového stavu nebo deformaci tělesa nebo ke změně rozložení potenciální energie v silovém poli.
Konáním práce se uskutečňuje přeměna energie z jednoho druhu na jiný (včetně přenosu z jednoho tělesa na druhé).V makrosvětě je nutno uvažovat ještě přestup tepla (tepelnou výměnu); z hlediska fyziky mikrosvěta však jde také o přeměnu a předávání energie částic prací. Práce jakožto fyzikální veličina je mírou přeměny energie. V koherentních soustavách jednotek, jako je soustava SI, udává přímo její velikost, platí tak vztah:
vyjadřující, že konáním práce, dochází (k číselně stejné) změně některé formy energie. Obě fyzikální veličiny mají stejné jednotky – Joule.
Podle druhu působící síly se rozlišuje:
mechanická práce, práce elektromagnetického pole, práce gravitačního pole, apod.
Velikost práce jako fyzikální veličiny lze v nejjednodušším mechanickém případě posuvného pohybu dokonale tuhého tělesa vypočítat jako součin velikosti složky síly ve směru pohybu a dráhy, po které se těleso posunulo (neuvažuje se tedy rotace ani deformace).
Práce jako fyzikální veličina Práce je také fyzikální veličina s rozměrem a jednotkou stejnými jako energie. Velikost práce souvisí se změnou energie – je rovna velikosti přeměněné/předané energie (neuvažujeme-li v makroskopickém popisu přestup tepla při termodynamických jevech a relativistickou klidovou energii).
Značení a jednotky Symbol veličiny: W (angl. work), popř. A (něm. Arbeit) Hlavní jednotka v soustavě SI: joule , J=kg·m²·s−2, značka jednotky: "J" Často používané násobky a díly, např.: kilojoule "kJ" (103 J), megajoule "MJ" (106 J), gigajoule "GJ" (109 J) Další praktické (vedlejší) jednotky: elektronvolt, značka "eV", 1 eV = 1,602 176 634×10−19 J (přesně)dle CODATA - adjustace z r. 2019, viz http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html. , kilowatthodina (1 kWh=3,6 MJ přesně). V soustavě CGS byl jednotkou energie erg, 1 erg=g.cm·s−1=10−5 J
Výpočet Ve většině případů lze konání práce popsat působením síly na pohybující se elementární hmotný objekt (částici, element objemu tělesa), tedy jako mechanickou práci konanou na hmotný bod. Při výpočtu práce se vychází z tzv. elementární práce, tedy práce, kterou síla vykoná na nekonečně krátkém úseku trajektorie. Elementární práci lze vyjádřit jako diferenciál, který je představován součinem síly a elementu dráhy , tzn.
Hodnotu práce lze pak získat integrací elementárních prací podél dráhy pohybu, tedy , kde je úhel mezi působící silou (v daném bodě) a tečnou trajektorie. Síla nulová, působící na nepohyblivé těleso nebo působící kolmo ke směru pohybu tedy žádnou mechanickou práci nekoná.
Výpočet pro složitější případy (makroskopické těleso, otáčivý pohyb, deformace) je uveden u mechanické práce.
Při výpočtu daného druhu práce jsou dosazovány veličiny charakterizující dané silové působení (viz např. práce elektrického pole, práce magnetického pole). Vždy však platí, že elementární práce je součinem intenzivní veličiny („zobecněné síly“) a elementární změny extenzivní veličiny („zobecněné dráhy“). Je-li i-tá zobecněná síla podílející se na práci systému a jí příslušející zobecněná dráha, lze příspěvek k elementární práci zapsat vztahem:
Vztah k výkonu Práci vykonanou na daném systému lze také získat ze znalosti časového průběhu dodávaného okamžitého výkonu P.
Protože tento výkon je definován vztahem , platí také obrácený vztah , kde t1 a t2 jsou časy, mezi kterými se práce uskutečnila.
Pro konstantní výkon lze vztah zjednodušit (τ je doba konání práce): .
Chemická práce Chemická práce představuje zobecnění pojmu práce pro termodynamické systémy s proměnným množstvím molekul daného druhu, tedy ve kterých probíhají chemické reakce. I pro takového systémy se definují různé druhy práce (zejména objemová práce, ale také práce spojené s deformací, s elektrickou polarizací, magnetizací apod.) Ve vztazích pro termodynamické potenciály však vystupují další členy s rozměrem energie, které souvisejí právě se změnami počtu částic jednotlivých složek systému, tedy s probíhajícími chemickými reakcemi. Ty je zvykem nazývat chemickou prací.
Tak jako u ostatních druhů lze elementární práce vyjádřit jako součin intenzivní veličiny a elementární změny extenzivní veličiny. Intenzivní veličinou je v tomto případě zpravidla chemický potenciál i-té složky a odpovídající extenzivní veličinou charakterizující množství složky její látkové množství :
Poznámky
Reference
Související články Mechanika Energie Mechanická práce Joule Termodynamický systém
Externí odkazy
Kategorie:Fyzikální veličiny