Činnost téměř každého tepelného motoru je založena na takovém termodynamickém jevu, jako je práce plynu při expanzi nebo kompresi. Zde je vhodné připomenout, že ve fyzice je práce chápána jako kvantitativní měřítko, které charakterizuje působení určité síly na těleso. V souladu s tím není práce plynu, jejíž nezbytnou podmínkou je změna jeho objemu, nic jiného než součin tlaku a této změny objemu.
Práce plynu se změnou jeho objemu může být izobarická i izotermická. Navíc samotný proces rozšiřování může být také libovolný. Práci vykonanou plynem během izobarické expanze lze nalézt pomocí následujícího vzorce:
A=pΔV, kde p je kvantitativní charakteristika tlaku plynu a ΔV je rozdíl mezi počátečním a konečným objemem.
Proces libovolné expanze plynu ve fyzice je obvykle reprezentován jako sekvence oddělených izobarických a izochorických procesů. Ty se vyznačují tím, že práce plynu, stejně jako jeho kvantitativní ukazatele, se rovná nule, protože píst se ve válci nepohybuje. Vza takových podmínek se ukazuje, že práce plynu v libovolném procesu se bude měnit přímo úměrně se zvětšením objemu nádoby, ve které se píst pohybuje.
Pokud porovnáme práci, kterou vykoná plyn během expanze a stlačení, pak lze poznamenat, že během expanze se směr vektoru posunutí pístu shoduje s vektorem tlakové síly samotného tohoto plynu, proto, ve skalárním počtu je práce plynu kladná a vnější síly záporné. Když je plyn stlačen, vektor vnějších sil se již shoduje s obecným směrem pohybu válce, takže jejich práce je kladná a práce plynu záporná.
Úvaha o konceptu „práce vykonávaná plynem“bude neúplná, pokud se nedotkneme také adiabatických procesů. V termodynamice je takový jev chápán jako proces, kdy nedochází k výměně tepla s žádnými vnějšími tělesy.
To je možné například v případě, kdy je nádoba s pracovním pístem opatřena dobrou tepelnou izolací. Kromě toho lze procesy komprese nebo expanze plynu přirovnat k adiabatickému, pokud je doba změny objemu plynu mnohem kratší než časový interval, po který nastává tepelná rovnováha mezi okolními tělesy a plynem.
Za nejběžnější adiabatický proces v každodenním životě lze považovat práci pístu ve spalovacím motoru. Podstata tohoto procesu je následující: jak je známo z prvního termodynamického zákona, změna vnitřní energie plynuse bude kvantitativně rovnat práci sil nasměrovaných zvenčí. Tato práce je ve svém směru pozitivní, a proto se zvýší vnitřní energie plynu a zvýší se jeho teplota. Za takových počátečních podmínek je jasné, že při adiabatické expanzi dojde k práci plynu v důsledku poklesu jeho vnitřní energie, respektive k poklesu teploty v tomto procesu.
