يعتمد نشاط أي محرك حراري تقريبًا على ظاهرة ديناميكية حرارية مثل الشغل الذي يقوم به الغاز أثناء التمدد أو الانضغاط. هنا يجدر بنا أن نتذكر أنه في الفيزياء ، يُفهم العمل على أنه مقياس كمي يميز عمل قوة معينة على الجسم. وفقًا لهذا ، فإن عمل الغاز ، الشرط الضروري الذي يكون تغيير حجمه ، ليس أكثر من ناتج الضغط وهذا التغير في الحجم.
يمكن أن يكون عمل الغاز مع تغيير حجمه متساوي الضغط ومتساوي الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون عملية التوسع نفسها تعسفية أيضًا. يمكن إيجاد العمل الذي يقوم به الغاز أثناء التمدد متساوي الضغط باستخدام الصيغة التالية:
A=pΔV ،
حيث p هي خاصية كمية لضغط الغاز ، و V هو الفرق بين الحجم الأولي والحجم النهائي.
عادة ما يتم تمثيل عملية التمدد التعسفي للغاز في الفيزياء كسلسلة من عمليات متساوية الضغط ومتساوية الضغط. تتميز الأخيرة بحقيقة أن عمل الغاز ، وكذلك مؤشراته الكمية ، يساوي الصفر ، لأن المكبس لا يتحرك في الاسطوانة. فيفي ظل هذه الظروف ، اتضح أن عمل الغاز في عملية عشوائية سيتغير بالتناسب المباشر مع الزيادة في حجم الوعاء الذي يتحرك فيه المكبس.
إذا قارنا العمل الذي يقوم به الغاز أثناء التمدد والضغط ، فيمكن ملاحظة أنه أثناء التمدد ، يتزامن اتجاه ناقل إزاحة المكبس مع متجه قوة الضغط لهذا الغاز نفسه ، وبالتالي ، في حساب التفاضل والتكامل ، يكون عمل الغاز موجبًا والقوى الخارجية سالبة. عند ضغط الغاز يتطابق متجه القوى الخارجية بالفعل مع الاتجاه العام لحركة الأسطوانة ، لذا فإن عملهم موجب ، وعمل الغاز سالب.
النظر في مفهوم "العمل المنجز بواسطة الغاز" سيكون غير مكتمل إذا لم نتطرق أيضًا إلى العمليات الحافظة للحرارة. في الديناميكا الحرارية ، تُفهم هذه الظاهرة على أنها عملية لا يوجد فيها تبادل حراري مع أي أجسام خارجية.
هذا ممكن ، على سبيل المثال ، في حالة تزويد وعاء به مكبس عامل بعزل حراري جيد. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن معادلة عمليات ضغط أو تمدد الغاز بالحرارة إذا كان وقت التغيير في حجم الغاز أقل بكثير من الفترة الزمنية التي يحدث فيها التوازن الحراري بين الأجسام المحيطة والغاز.
يمكن اعتبار العملية الحافظة للحرارة الأكثر شيوعًا في الحياة اليومية عمل مكبس في محرك احتراق داخلي. جوهر هذه العملية هو كما يلي: كما هو معروف من القانون الأول للديناميكا الحرارية ، التغيير في الطاقة الداخلية للغازستكون مساوية من الناحية الكمية لعمل القوى الموجهة من الخارج. هذا الشغل موجب في اتجاهه ، وبالتالي ستزداد الطاقة الداخلية للغاز ، وترتفع درجة حرارته. في ظل هذه الظروف الأولية ، من الواضح أنه أثناء التمدد الحراري ، سيحدث عمل الغاز بسبب انخفاض طاقته الداخلية ، على التوالي ، ستنخفض درجة الحرارة في هذه العملية.
