فعالیت تقریباً هر موتور حرارتی بر اساس پدیده ترمودینامیکی مانند کار انجام شده توسط یک گاز در طول انبساط یا فشرده سازی است. در اینجا لازم به یادآوری است که در فیزیک، کار به عنوان یک اندازه گیری کمی درک می شود که عملکرد یک نیروی خاص را بر روی یک جسم مشخص می کند. بر این اساس، کار گازی که شرط لازم آن تغییر حجم آن است، چیزی جز حاصل ضرب فشار و این تغییر حجم نیست.
کار یک گاز با تغییر حجمش می تواند هم همبار و هم همدما باشد. علاوه بر این، خود فرآیند گسترش نیز می تواند دلخواه باشد. کار انجام شده توسط یک گاز در طول انبساط ایزوباریک را می توان با استفاده از فرمول زیر یافت:
A=pΔV،
که در آن p مشخصه کمی فشار گاز است و ΔV تفاوت بین حجم اولیه و نهایی است.
فرایند انبساط خودسرانه گاز در فیزیک معمولاً به صورت دنباله ای از فرآیندهای ایزوباریک و ایزوکوریک مجزا نشان داده می شود. مورد دوم با این واقعیت مشخص می شود که کار گاز و همچنین شاخص های کمی آن برابر با صفر است، زیرا پیستون در سیلندر حرکت نمی کند. دردر چنین شرایطی معلوم می شود که کار گاز در یک فرآیند دلخواه به نسبت مستقیم با افزایش حجم ظرفی که پیستون در آن حرکت می کند تغییر می کند.
اگر کار انجام شده توسط یک گاز در حین انبساط و فشرده سازی را با هم مقایسه کنیم، می توان به این نکته اشاره کرد که در هنگام انبساط، جهت بردار جابجایی پیستون با بردار نیروی فشار خود این گاز منطبق است، بنابراین، در حساب اسکالر، کار گاز مثبت و نیروهای خارجی منفی است. وقتی گاز فشرده می شود، بردار نیروهای خارجی از قبل با جهت کلی حرکت سیلندر منطبق است، بنابراین کار آنها مثبت و کار گاز منفی است.
در نظر گرفتن مفهوم "کار انجام شده توسط گاز" ناقص خواهد بود اگر به فرآیندهای آدیاباتیک نیز توجه نکنیم. در ترمودینامیک، چنین پدیده ای به عنوان فرآیندی در نظر گرفته می شود که در آن هیچ تبادل حرارتی با هیچ جسم خارجی وجود ندارد.
این امکان وجود دارد، به عنوان مثال، در موردی که یک کشتی با پیستون کار با عایق حرارتی خوب ارائه می شود. بعلاوه، اگر زمان تغییر حجم گاز بسیار کمتر از فاصله زمانی باشد که تعادل حرارتی بین اجسام اطراف و گاز ایجاد می شود، فرآیندهای فشرده سازی یا انبساط گاز را می توان معادل آدیاباتیک دانست.
رایج ترین فرآیند آدیاباتیک در زندگی روزمره را می توان کار یک پیستون در یک موتور احتراق داخلی در نظر گرفت. ماهیت این فرآیند به شرح زیر است: همانطور که از قانون اول ترمودینامیک مشخص است، تغییر در انرژی داخلی گازاز نظر کمی با کار نیروهای هدایت شده از خارج برابر خواهد بود. این کار در جهت خود مثبت است و بنابراین انرژی داخلی گاز افزایش می یابد و دمای آن افزایش می یابد. در چنین شرایط اولیه، واضح است که در حین انبساط آدیاباتیک، کار گاز به دلیل کاهش انرژی داخلی آن رخ می دهد، به ترتیب دما در این فرآیند کاهش می یابد.
