Activitatea aproape oricărui motor termic se bazează pe un astfel de fenomen termodinamic precum munca efectuată de un gaz în timpul expansiunii sau compresiei. Aici merită să ne amintim că în fizică, munca este înțeleasă ca o măsură cantitativă care caracterizează acțiunea unei anumite forțe asupra unui corp. În conformitate cu aceasta, munca unui gaz, condiția necesară pentru care este modificarea volumului său, nu este altceva decât produsul presiunii și această modificare a volumului.
Lucrarea unui gaz cu o modificare a volumului său poate fi atât izobară, cât și izotermă. În plus, procesul de extindere în sine poate fi, de asemenea, arbitrar. Lucrul efectuat de un gaz în timpul expansiunii izobare poate fi găsit folosind următoarea formulă:
A=pΔV, în care p este o caracteristică cantitativă a presiunii gazului, iar ΔV este diferența dintre volumul inițial și cel final.
Procesul de expansiune arbitrară a gazului în fizică este de obicei reprezentat ca o secvență de procese izobare și izocorice separate. Acestea din urmă se caracterizează prin faptul că activitatea gazului, precum și indicatorii săi cantitativi, sunt egale cu zero, deoarece pistonul nu se mișcă în cilindru. Laîn astfel de condiții, se dovedește că activitatea gazului într-un proces arbitrar se va modifica direct proporțional cu creșterea volumului vasului în care se mișcă pistonul.
Dacă comparăm munca efectuată de un gaz în timpul expansiunii și compresiei, atunci se poate observa că în timpul expansiunii, direcția vectorului de deplasare a pistonului coincide cu vectorul forței de presiune a acestui gaz în sine, prin urmare, în calculul scalar, munca gazului este pozitivă, iar forțele externe sunt negative. Când gazul este comprimat, vectorul forțelor exterioare coincide deja cu direcția generală de mișcare a cilindrului, deci munca lor este pozitivă, iar munca gazului este negativă.
Luarea în considerare a conceptului de „muncă efectuată de un gaz” va fi incompletă dacă nu vom atinge și procesele adiabatice. În termodinamică, un astfel de fenomen este înțeles ca un proces în care nu există schimb de căldură cu niciun corp extern.
Acest lucru este posibil, de exemplu, în cazul în care un vas cu piston de lucru este prevăzut cu o izolare termică bună. În plus, procesele de comprimare sau expansiune a unui gaz pot fi echivalate cu cele adiabatice dacă timpul de modificare a volumului gazului este mult mai mic decât intervalul de timp pentru care are loc echilibrul termic între corpurile înconjurătoare și gaz.
Cel mai comun proces adiabatic din viața de zi cu zi poate fi considerat munca unui piston într-un motor cu ardere internă. Esența acestui proces este următoarea: după cum se știe din prima lege a termodinamicii, modificarea energiei interne a gazuluiva fi egal cantitativ cu munca forţelor dirijate din exterior. Acest lucru este pozitiv în direcția sa și, prin urmare, energia internă a gazului va crește, iar temperatura acestuia va crește. În astfel de condiții inițiale, este clar că în timpul expansiunii adiabatice, munca gazului va avea loc datorită unei scăderi a energiei sale interne, respectiv, temperatura în acest proces va scădea.
