Il calore e il lavoro sono due forme di energia che possono essere tra loro mutuate: ad esempio l'energia termica sotto forma di calore può essere convertita in lavoro come avviene nei motori a vapore
Lavoro e calore sono descritti usando la stessa unità di misura. Nel Sistema Internazionale si utilizza il joule o suoi multipli ma spesso è usata la caloria che è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1°C la temperatura di 1 g di acqua essendo 1 cal = 4.187 J.
Lavoro
In fisica il lavoro è definito come il prodotto della componente Fs nella direzione dello spostamento della forza F che viene applicata ad un corpo provocando lo spostamento s.
Per comprendere il lavoro da un punto di vista termodinamico si consideri un pistone munito di stantuffo contenente un gas.
Sia il pistone isolato con l'ambiente ad eccezione della parte che si trova in basso. Se viene erogato calore il gas si espande compiendo un lavoro
Il lavoro quindi è definito come W = d ∙ area ∙ pressione
Essendo il prodotto d ∙ area = volume si ha W = ΔV∙ p essendo ΔV la variazione di volume
Assumendo che il gas sia ideale e che segua l'equazione di stato dei gas perfetti pV = nRΔT si ha:
W = nRΔT e, nel caso che la quantità di gas sia pari a una mole si ha W = RΔT
Calore
L'idea di come esse siano forme distinte ma intercambiabili di energia è fondamentale per il funzionamento dei processi termodinamici.
Per il primo principio della termodinamica il calore fornito a un sistema si converte in parte in lavoro e in parte per modificare una funzione di stato denominata energia interna.
Per il secondo principio della termodinamica il lavoro può essere trasformato in calore ma il calore non può essere trasformato tutto il lavoro.
Vengono riportate in tabella le proprietà del calore e del lavoro:
| Lavoro (W) | Calore (Q) | |
| Interazione | Meccanica | Termica |
| Condizioni | Forza e spostamento | Differenza di temperatura |
| Processo | Spostamento macroscopico | Collisioni microscopiche |
| Valore positivo | W > 0 se il lavoro è eseguito dal sistema | Q > 0 se il calore entra nel sistema |
| Valore negativo | ||
| Equilibrio | Un sistema è in equilibrio meccanico quando la sommatoria delle forze e dei momenti è pari a zero | Un sistema è in equilibrio termico quando non c'è flusso di calore tra due corpi |
