Die Aktivität fast jeder Wärmekraftmaschine basiert auf einem solchen thermodynamischen Phänomen wie der Arbeit, die ein Gas während der Expansion oder Kompression verrichtet. An dieser Stelle sei daran erinnert, dass Arbeit in der Physik als quantitatives Maß verstanden wird, das die Wirkung einer bestimmten Kraft auf einen Körper charakterisiert. Danach ist die Arbeit eines Gases, dessen notwendige Bedingung eine Volumenänderung ist, nichts anderes als das Produkt aus Druck und dieser Volumenänderung.
Die Arbeit eines Gases bei Volumenänderung kann sowohl isobar als auch isotherm sein. Außerdem kann der Expansionsprozess selbst auch beliebig sein. Die von einem Gas während der isobaren Expansion verrichtete Arbeit kann mit folgender Formel ermittelt werden:
A=pΔV, wobei p ein quantitatives Merkmal des Gasdrucks und ΔV die Differenz zwischen Anfangs- und Endvolumen ist.
Der Prozess der willkürlichen Gasausdehnung wird in der Physik üblicherweise als eine Folge von getrennten isobaren und isochoren Prozessen dargestellt. Letztere zeichnen sich dadurch aus, dass die Arbeit des Gases sowie seine quantitativen Indikatoren gleich Null sind, da sich der Kolben im Zylinder nicht bewegt. BeimUnter solchen Bedingungen stellt sich heraus, dass sich die Arbeit des Gases in einem beliebigen Prozess direkt proportional zur Zunahme des Volumens des Behälters ändert, in dem sich der Kolben bewegt.
Wenn wir die Arbeit vergleichen, die ein Gas während der Expansion und Kompression verrichtet, dann kann festgestellt werden, dass während der Expansion die Richtung des Kolbenverschiebungsvektors mit dem Vektor der Druckkraft dieses Gases selbst zusammenfällt, daher In der Skalarrechnung ist die Arbeit des Gases positiv und äußere Kräfte sind negativ. Wenn Gas komprimiert wird, fällt der Vektor der äußeren Kräfte bereits mit der allgemeinen Bewegungsrichtung des Zylinders zusammen, sodass ihre Arbeit positiv und die Arbeit des Gases negativ ist.
Die Betrachtung des Begriffs "von einem Gas geleistete Arbeit" ist unvollständig, wenn wir nicht auch adiabatische Prozesse berühren. In der Thermodynamik versteht man unter einem solchen Phänomen einen Vorgang, bei dem kein Wärmeaustausch mit irgendwelchen äußeren Körpern stattfindet.
Dies ist beispielsweise möglich, wenn ein Gefäß mit Arbeitskolben gut wärmeisoliert ist. Darüber hinaus können die Kompressions- oder Expansionsvorgänge eines Gases adiabatisch gleichgesetzt werden, wenn die Zeit der Volumenänderung des Gases viel kleiner ist als das Zeitintervall, in dem zwischen den umgebenden Körpern und dem Gas ein thermisches Gleichgewicht herrscht.
Der häufigste adiabatische Prozess im Alltag kann als die Arbeit eines Kolbens in einem Verbrennungsmotor angesehen werden. Das Wesen dieses Prozesses ist wie folgt: Wie aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik bekannt ist, die Änderung der inneren Energie des Gaseswird quantitativ gleich der Arbeit der von außen gerichteten Kräfte sein. Diese Arbeit ist in ihrer Richtung positiv, und daher wird die innere Energie des Gases zunehmen und seine Temperatur wird steigen. Unter solchen Anfangsbedingungen ist klar, dass während der adiabatischen Expansion die Arbeit des Gases aufgrund einer Abnahme seiner inneren Energie auftritt, bzw. die Temperatur in diesem Prozess abnimmt.
