Hoạt động của hầu hết mọi động cơ nhiệt đều dựa trên hiện tượng nhiệt động lực học giống như công của chất khí trong quá trình giãn nở hoặc nén. Ở đây cần nhớ rằng trong vật lý, công được hiểu là một đại lượng đo đặc trưng cho tác dụng của một lực nhất định lên một vật thể. Theo đó, công của một chất khí, điều kiện cần thiết là sự thay đổi thể tích của nó, chẳng qua là sản phẩm của áp suất và sự thay đổi thể tích này.
Công của một chất khí với sự thay đổi thể tích của nó có thể là đẳng tích và đẳng nhiệt. Ngoài ra, bản thân quá trình mở rộng cũng có thể là tùy ý. Công của một chất khí trong quá trình giãn nở đẳng tích có thể được tìm thấy bằng công thức sau:
A=pΔV, trong đó p là đặc trưng định lượng của áp suất khí và ΔV là hiệu số giữa thể tích ban đầu và thể tích cuối cùng.
Quá trình giãn nở chất khí tùy ý trong vật lý thường được biểu diễn dưới dạng một chuỗi các quá trình đẳng tích và đẳng tích riêng biệt. Loại thứ hai được đặc trưng bởi thực tế là công của khí, cũng như các chỉ số định lượng của nó, bằng không, vì piston không chuyển động trong xi lanh. Tạitrong những điều kiện như vậy, hóa ra công của chất khí trong một quá trình tùy ý sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với sự gia tăng thể tích của bình trong đó pittông chuyển động.
Nếu chúng ta so sánh công được thực hiện bởi một chất khí trong quá trình giãn nở và nén, thì có thể nhận thấy rằng trong quá trình giãn nở, hướng của vectơ độ dịch chuyển của pít-tông trùng với vectơ của lực áp suất của chính chất khí này, do đó, trong phép tính vô hướng, công của chất khí là dương, và ngoại lực là âm. Khi khí bị nén, vectơ của ngoại lực đã trùng với hướng chuyển động chung của hình trụ, do đó công của chúng là dương và công của khí là âm.
Việc xem xét khái niệm "công việc được thực hiện bởi khí" sẽ không đầy đủ nếu chúng ta không đề cập đến các quy trình đoạn nhiệt. Trong nhiệt động lực học, hiện tượng như vậy được hiểu là một quá trình khi không có sự trao đổi nhiệt với bất kỳ vật thể bên ngoài nào.
Điều này có thể xảy ra, chẳng hạn như trong trường hợp một bình có pít-tông đang hoạt động được cung cấp cách nhiệt tốt. Ngoài ra, các quá trình nén hoặc giãn nở của một chất khí có thể được coi là đoạn nhiệt nếu thời gian thay đổi thể tích của chất khí nhỏ hơn nhiều khoảng thời gian xảy ra cân bằng nhiệt giữa các vật thể xung quanh và chất khí.
Quá trình đoạn nhiệt phổ biến nhất trong cuộc sống hàng ngày có thể được coi là công việc của một piston trong động cơ đốt trong. Bản chất của quá trình này như sau: như đã biết từ định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, sự thay đổi nội năng của chất khísẽ ngang bằng về mặt định lượng với công của các lực hướng từ bên ngoài vào. Công việc này là tích cực theo hướng của nó, và do đó năng lượng bên trong của khí sẽ tăng lên, và nhiệt độ của nó sẽ tăng lên. Trong điều kiện ban đầu như vậy, rõ ràng là trong quá trình dãn nở đoạn nhiệt, công của chất khí sẽ xảy ra do nội năng của nó giảm tương ứng, nhiệt độ trong quá trình này sẽ giảm.
