Дейността на почти всяка топлинна машина се основава на такъв термодинамичен феномен като работата, извършена от газ по време на разширение или компресия. Тук си струва да припомним, че във физиката работата се разбира като количествена мярка, която характеризира действието на определена сила върху тялото. В съответствие с това работата на газ, необходимото условие за което е промяна в неговия обем, не е нищо повече от произведението на налягането и тази промяна в обема.
Работата на газ с промяна в обема му може да бъде както изобарна, така и изотермична. Освен това самият процес на разширяване също може да бъде произволен. Работата, извършена от газ по време на изобарно разширение, може да се намери по следната формула:
A=pΔV, в която p е количествена характеристика на налягането на газа, а ΔV е разликата между началния и крайния обем.
Процесът на произволно разширение на газ във физиката обикновено се представя като последователност от отделни изобарни и изохорни процеси. Последните се характеризират с факта, че работата на газа, както и неговите количествени показатели, са равни на нула, тъй като буталото не се движи в цилиндъра. Впри такива условия се оказва, че работата на газа в произволен процес ще се промени право пропорционално на увеличаването на обема на съда, в който се движи буталото.
Ако сравним работата, извършена от газ по време на разширение и компресия, тогава може да се отбележи, че по време на разширение посоката на вектора на изместване на буталото съвпада с вектора на силата на налягане на самия газ, следователно, при скаларното смятане работата на газа е положителна, а външните сили са отрицателни. Когато газът се компресира, векторът на външните сили вече съвпада с общата посока на движение на цилиндъра, така че тяхната работа е положителна, а работата на газа е отрицателна.
Разглеждането на концепцията за "работа, извършена от газ" ще бъде непълно, ако не се докоснем и до адиабатните процеси. В термодинамиката такъв феномен се разбира като процес, при който няма топлообмен с никакви външни тела.
Това е възможно например в случай, когато съд с работещо бутало е снабден с добра топлоизолация. Освен това процесите на компресия или разширяване на газ могат да бъдат приравнени на адиабатични, ако времето на промяна в обема на газа е много по-малко от интервала от време, за който възниква топлинно равновесие между околните тела и газа.
Най-често срещаният адиабатен процес в ежедневието може да се счита за работа на бутало в двигател с вътрешно горене. Същността на този процес е следната: както е известно от първия закон на термодинамиката, промяната във вътрешната енергия на газаще бъде количествено равно на работата на силите, насочени отвън. Тази работа е положителна в своята посока и следователно вътрешната енергия на газа ще се увеличи и температурата му ще се повиши. При такива начални условия е ясно, че при адиабатно разширение работата на газа ще се случи поради намаляване на вътрешната му енергия, съответно температурата в този процес ще намалее.
