Для рассмотрения конкретных процессов найдём в общем виде внешнюю работу, совершаемую газом при изменении его объёма. Рассмотрим, например, газ, находящийся под поршнем в цилиндрическом сосуде (рис.2). Если газ, расширяясь, передвигает поршень на бесконечно малое расстояние , то производит над ним работу:
,
где -площадь поршня , - изменение объёма системы. Таким образом,.(4)
Полную работу , совершаемую газом при изменении его объёма отдо, найдём интегрированием формулы (4):
. (5)
Результат интегрирования определяется характером зависимости между давлением и объёмом газа. Найденное для работы выражение (5) справедливо при любых изменениях объёма твёрдых тел.
Произведённую при том или ином процессе работу можно изобразить графически с помощью кривой в координатах . Пусть изменение давления газа при его расширении изображается кривой на рис.3. При увеличении объёма на совершаемая газом работа равна , т.е. определяется площадью, полоски с основанием , заштрихованной на рисунке. Поэтому полная работа, совершаемая газом при расширении от объёма до объёма , определяются площадью, ограниченной осью абсцисс, кривой и прямыми и .
Графически можно изображать только равновесные процессы – процессы, состоящие из последовательных равновесных состояний. Они протекают так, что изменение термодинамических параметров за конечный промежуток времени бесконечно мало. Все реальные процессы неравновесные (они протекают с конечной скоростью), но в ряде случаев неравновесностью реальных процессов можно пренебречь (чем медленнее процесс протекает, тем он ближе к равновесному). В дальнейшем рассматриваемые процессы будем считать равновесными.