Proces sprężania (przyrostu ciśnienia) jest formą przemiany energii. Proces ten opisują prawa termodynamiki. Jeśli założymy ciągły przepływ medium przez maszyny sprężające i powietrze potraktujemy jako gaz doskonały, to podstawowe równanie równowagi termodynamicznej dla stałej ilości gazu przybiera bardzo elegancką postać:

Jest to prawo Clapeyrona, zwane także równaniem gazu doskonałego. Określa ono zależność pomiędzy trzema parametrami termodynamicznymi: ciśnieniem absolutnym (p), objętością właściwą (v) i temperaturą (T). Parametr (R) to indywidualna stała gazowa. Dla powietrza jest równa 287 [m²/(s²K)]. Dla dwóch stanów „1” oraz „i” równanie gazu doskonałego wygląda następująco:

gdzie V_i=v_im, gdzie m jest masą gazu.

W zależności od niezmienności jednego z parametrów otrzymujemy:

1.przemianę izotermiczną przy stałej temperaturze [T= const]. p₁V₁=p₂V₂
2.przemianę izochoryczną przy stałej objętości [V= const]. p₁/T₁=p₃/V₃
3.przemianę izobaryczną przy stałym ciśnieniu [p= const]. V₁/T₁=V₄/T₄
4.przemianę adiabatyczną (gdy proces sprężania jest bardzo szybki i nie uwzględniamy wymiany ciepła z otoczeniem [delta Q= 0]. p₁V₁^k=p₅V₅^k.. Parametr k jest wykładnikiem przemiany adiabatycznej. Dla powietrza przyjmuje wartość 1,4.

Rys. 1. Ilustracja przemian gazowych: a) przemiana izotermiczna, b) przemiana izochoryczna, c) przemiana izobaryczna, d) przemiana adiabatyczna.

W praktyce mam do czynienia z częściową wymianą ciepła. Taka przemiana nazywa się politropową.

Parametr (n) jest w tym przypadku wykładnikiem politropy. Jego wartość jest mniejsza od 1,4. Zależy ona od wydzielania, dostarczania bądź odbierania ciepła w procesie sprężania. Ma on dla praktyki technicznej największe znaczenie. Gdy podczas sprężania zachodzi dostarczanie ciepła (na przykład ciepło tarcia), to otrzymujemy przemianę adiabatyczną nieodwracalną (n>k). Taki przypadek sprężania występuje w wyporowych agregatach tłokowych i rotacyjnych bezolejowych. Przy bardzo intensywnym wewnętrznym chłodzeniu (wtrysku oleju) możemy przyjąć, że przybliżamy się do najbardziej sprawnej energetycznie przemiany izotermicznej (n=1). Ze względu na sposób rozwiązania wtrysku chłodzącego medium na całej długości przestrzeni sprężania i jego skuteczność (zasada prysznica) najbliżej idealnej przemiany izotermicznej pracują łopatkowe sprężarki rotacyjne. Sprężarki śrubowe, mające punktowy tylko wtrysk chłodzącego medium, uzyskują gorsze sprawność termodynamiczne.