L'attività di quasi tutti i motori termici si basa su un fenomeno termodinamico come il lavoro svolto da un gas durante l'espansione o la compressione. Qui vale la pena ricordare che in fisica il lavoro è inteso come una misura quantitativa che caratterizza l'azione di una certa forza su un corpo. In accordo con ciò, il lavoro di un gas, la cui condizione necessaria è una variazione del suo volume, non è altro che il prodotto della pressione e di questa variazione di volume.
Il lavoro di un gas al variare del suo volume può essere sia isobarico che isotermico. Inoltre, anche il processo di espansione stesso può essere arbitrario. Il lavoro svolto da un gas durante l'espansione isobarica può essere trovato usando la seguente formula:
A=pΔV, in cui p è una caratteristica quantitativa della pressione del gas e ΔV è la differenza tra il volume iniziale e quello finale.
Il processo di espansione arbitraria del gas in fisica è solitamente rappresentato come una sequenza di processi isobarici e isocorici separati. Questi ultimi sono caratterizzati dal fatto che il lavoro del gas, così come i suoi indicatori quantitativi, è uguale a zero, perché il pistone non si muove nel cilindro. Inin tali condizioni, risulta che il lavoro del gas in un processo arbitrario cambierà in proporzione diretta all'aumento del volume del recipiente in cui si muove il pistone.
Se confrontiamo il lavoro svolto da un gas durante l'espansione e la compressione, allora si può notare che durante l'espansione, la direzione del vettore di spostamento del pistone coincide con il vettore della forza di pressione di questo gas stesso, quindi, nel calcolo scalare, il lavoro del gas è positivo e le forze esterne sono negative. Quando il gas è compresso, il vettore delle forze esterne coincide già con la direzione generale del movimento del cilindro, quindi il loro lavoro è positivo e il lavoro del gas è negativo.
La considerazione del concetto di "lavoro svolto da un gas" sarà incompleta se non tocchiamo anche i processi adiabatici. In termodinamica, un tale fenomeno è inteso come un processo in cui non c'è scambio di calore con alcun corpo esterno.
Ciò è possibile, ad esempio, nel caso in cui un vaso con pistone funzionante sia dotato di un buon isolamento termico. Inoltre, i processi di compressione o espansione di un gas possono essere equiparati ad adiabatici se il tempo di variazione del volume del gas è molto inferiore all'intervallo di tempo per il quale si verifica l'equilibrio termico tra i corpi circostanti e il gas.
Il processo adiabatico più comune nella vita di tutti i giorni può essere considerato il lavoro di un pistone in un motore a combustione interna. L'essenza di questo processo è la seguente: come è noto dalla prima legge della termodinamica, la variazione dell'energia interna del gassarà quantitativamente uguale al lavoro di forze dirette dall'esterno. Questo lavoro è positivo nella sua direzione, e quindi l'energia interna del gas aumenterà e la sua temperatura aumenterà. In tali condizioni iniziali, è chiaro che durante l'espansione adiabatica, il lavoro del gas avverrà a causa di una diminuzione della sua energia interna, rispettivamente, la temperatura in questo processo diminuirà.
