Il calcolo del lavoro meccanico in una trasformazione aperta per un gas perfetto avviene in seguito alla compressione o espansione del gas sotto una pressione esterna costante. Il lavoro svolto dal sistema è l’energia scambiata con l’ambiente circostante attraverso forze macroscopiche.
Nel caso di una trasformazione aperta, si considera una mole di gas perfetto contenuta in un cilindro con un pistone privo di attrito. Quando la pressione esterna rimane costante, la forza totale agente sul pistone può essere calcolata come il prodotto della pressione esterna costante Pe per l’area A.
Se la trasformazione avviene a pressione esterna costante, durante l’espansione reversibile del gas dal volume iniziale V1 a quello finale V2>, il lavoro svolto dal sistema può essere espresso come L = PeΔV, dove ΔV rappresenta la variazione di volume. Considerando anche il numero di moli di gas n, otteniamo L = n PeΔV.
La relazione precedente permette di calcolare il lavoro meccanico di espansione o compressione reversibile di un gas perfetto in presenza di pressione esterna costante durante la trasformazione del sistema. Tuttavia, se la pressione varia durante la trasformazione, è necessario considerare le variazioni infinitesime di volume dV del gas e calcolare il lavoro elementare infinitesimo dL utilizzando l’equazione dL = Pe dV.
Il lavoro totale può quindi essere ottenuto integrando la somma di tutti i lavori elementari dL, per calcolare il lavoro totale tra lo stato iniziale (1) e lo stato finale (2).