A atividade de quase qualquer máquina térmica é baseada em um fenômeno termodinâmico como o trabalho realizado por um gás durante a expansão ou compressão. Aqui vale lembrar que na física, o trabalho é entendido como uma medida quantitativa que caracteriza a ação de uma determinada força sobre um corpo. De acordo com isso, o trabalho de um gás, cuja condição necessária é uma variação de seu volume, nada mais é do que o produto da pressão por essa variação de volume.
O trabalho de um gás com uma variação em seu volume pode ser tanto isobárico quanto isotérmico. Além disso, o próprio processo de expansão também pode ser arbitrário. O trabalho realizado por um gás durante a expansão isobárica pode ser encontrado usando a seguinte fórmula:
A=pΔV, em que p é uma característica quantitativa da pressão do gás e ΔV é a diferença entre o volume inicial e final.
O processo de expansão arbitrária de gás na física é geralmente representado como uma sequência de processos isobáricos e isocóricos separados. Estes últimos são caracterizados pelo fato de que o trabalho do gás, bem como seus indicadores quantitativos, é igual a zero, porque o pistão não se move no cilindro. Nosob tais condições, verifica-se que o trabalho do gás em um processo arbitrário mudará em proporção direta ao aumento do volume do recipiente no qual o pistão se move.
Se compararmos o trabalho realizado por um gás durante a expansão e a compressão, pode-se notar que durante a expansão, a direção do vetor de deslocamento do pistão coincide com o vetor da força de pressão desse próprio gás, portanto, no cálculo escalar, o trabalho do gás é positivo e as forças externas são negativas. Quando o gás é comprimido, o vetor de forças externas já coincide com a direção geral do movimento do cilindro, de modo que seu trabalho é positivo e o trabalho do gás é negativo.
A consideração do conceito de "trabalho realizado por um gás" será incompleta se não tocarmos também em processos adiabáticos. Na termodinâmica, tal fenômeno é entendido como um processo em que não há troca de calor com nenhum corpo externo.
Isso é possível, por exemplo, no caso de um recipiente com pistão de trabalho ser fornecido com bom isolamento térmico. Além disso, os processos de compressão ou expansão de um gás podem ser equiparados a adiabáticos se o tempo de variação do volume do gás for muito menor que o intervalo de tempo durante o qual ocorre o equilíbrio térmico entre os corpos circundantes e o gás.
O processo adiabático mais comum na vida cotidiana pode ser considerado o trabalho de um pistão em um motor de combustão interna. A essência deste processo é a seguinte: como é conhecido pela primeira lei da termodinâmica, a mudança na energia interna do gásserá quantitativamente igual ao trabalho das forças dirigidas de fora. Este trabalho é positivo em sua direção e, portanto, a energia interna do gás aumentará e sua temperatura aumentará. Sob tais condições iniciais, fica claro que durante a expansão adiabática, o trabalho do gás ocorrerá devido à diminuição de sua energia interna, respectivamente, a temperatura nesse processo diminuirá.
