La actividad de casi cualquier motor térmico se basa en un fenómeno termodinámico como el trabajo realizado por un gas durante la expansión o la compresión. Aquí vale recordar que en física se entiende por trabajo una medida cuantitativa que caracteriza la acción de una determinada fuerza sobre un cuerpo. De acuerdo con esto, el trabajo de un gas, cuya condición necesaria es el cambio de volumen, no es más que el producto de la presión y este cambio de volumen.
El trabajo de un gas con un cambio en su volumen puede ser tanto isobárico como isotérmico. Además, el propio proceso de expansión también puede ser arbitrario. El trabajo realizado por un gas durante la expansión isobárica se puede encontrar utilizando la siguiente fórmula:
A=pΔV, donde p es una característica cuantitativa de la presión del gas y ΔV es la diferencia entre el volumen inicial y final.
El proceso de expansión arbitraria de un gas en la física suele representarse como una secuencia de procesos isobáricos e isocóricos separados. Estos últimos se caracterizan por el hecho de que el trabajo del gas, así como sus indicadores cuantitativos, es igual a cero, porque el pistón no se mueve en el cilindro. Enbajo tales condiciones, resulta que el trabajo del gas en un proceso arbitrario cambiará en proporción directa al aumento en el volumen del recipiente en el que se mueve el pistón.
Si comparamos el trabajo realizado por un gas durante la expansión y la compresión, entonces se puede notar que durante la expansión, la dirección del vector de desplazamiento del pistón coincide con el vector de la fuerza de presión de este gas mismo, por lo tanto, en cálculo escalar, el trabajo del gas es positivo y las fuerzas externas son negativas. Cuando se comprime el gas, el vector de fuerzas externas ya coincide con la dirección general de movimiento del cilindro, por lo que su trabajo es positivo y el trabajo del gas es negativo.
La consideración del concepto de "trabajo realizado por un gas" será incompleta si no abordamos también los procesos adiabáticos. En termodinámica, tal fenómeno se entiende como un proceso cuando no hay intercambio de calor con ningún cuerpo externo.
Esto es posible, por ejemplo, en el caso de que un recipiente con un pistón de trabajo esté provisto de un buen aislamiento térmico. Además, los procesos de compresión o expansión de un gas pueden equipararse a adiabáticos si el tiempo de cambio en el volumen del gas es mucho menor que el intervalo de tiempo durante el cual se produce el equilibrio térmico entre los cuerpos circundantes y el gas.
El proceso adiabático más común en la vida cotidiana puede considerarse el trabajo de un pistón en un motor de combustión interna. La esencia de este proceso es la siguiente: como se sabe por la primera ley de la termodinámica, el cambio en la energía interna del gasserá cuantitativamente igual al trabajo de las fuerzas dirigidas desde el exterior. Este trabajo es positivo en su dirección y, por lo tanto, la energía interna del gas aumentará y su temperatura aumentará. Bajo tales condiciones iniciales, está claro que durante la expansión adiabática, el trabajo del gas ocurrirá debido a una disminución en su energía interna, respectivamente, la temperatura en este proceso disminuirá.
