Компрессор представляет собой машину для подачи газов. Его отличие от других машин (вентиляторов, газодувок) для подачи газовых сред состоит в том, что, во-первых, компрессор сжимает газ при степени повышения давления (то есть отношении давления на выходе из машины к давлению на входе) больше 1,15, а, во-вторых, полости, в которых происходит сжатие газа, искусственно охлаждаются.
Компрессоры характеризуются следующими параметрами: объемной подачей (то есть объемом газа, перемещаемым машиной в единицу времени), начальным и конечным давлениями, частотой вращения и мощностью на валу компрессора.

По принципу действия компрессоры делятся на объемные и динамические. В объемных компрессорах энергия передается газовой среде в рабочих камерах, периодически изменяющих объем и попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса. Динамический компрессор — машина с непрерывным потоком, в которой при протекании газа происходит рост давления газа. Вращающиеся лопатки компрессора ускоряют газ до высокой скорости, после чего скорость газа при расширении преобразуется в давление и соответственно уменьшается.

В зависимости от конструкции объемные компрессоры делятся на поршневые и роторные, а динамические – на радиальные (центробежные) и осевые, струйные.

В поршневых компрессорах (Рисунок 1) последовательно осуществляются четыре фазы: расширение, всасывание, сжатие и выталкивание. Сначала воздух всасывается в камеру сжатия, после чего закрывается впускное отверстие. Затем объем камеры уменьшается и воздух сжимается. Когда давление достигает того же уровня, что и давление в выпускном коллекторе, воздух выпускается при постоянном давлении и продолжающемся уменьшении объема камеры.

В роторных компрессорах происходит вращение массивного ротора, в продольных пазах которого могут свободно вращаться стальные пластины. Газ захватывается в межлопастные пространства, переносится от всасывающего патрубка к напорному и вытесняется.

В радиальных компрессорах (Рисунок 2) газ непрерывно всасывается в рабочую область, содержащую вращающийся диск с лопастями, который закреплен на валу. Под действием центробежных сил газ повышает свою энергию, выбрасывается в спиральный клапан и выбрасывается.

Осевой компрессор имеет ротор, состоящий из нескольких рядов рабочих лопаток. Рабочие лопатки, вращаясь, давят на газ, в результате чего он сжимается и перемещается параллельно оси компрессора.

Для описания принципа работы компрессора используются первый закон термодинамики и уравнение состояния идеального газа. Это приводит к следующим уравнениям процессов, происходящих с газом: адиабатический (pv^γ=const), изотермический (pv=const), политропный (pvⁿ=const - общий вид термодинамического процесса). На практике оказывается, что адиабатический процесс не осуществим, так как за счет внутреннего трения в газе выделяется значительное количество тепла. А также не возможно изотермическое сжатие газа в силу конструктивных особенностей машины. Поэтому реальными процессами являются только политропные процессы (n≠1, n≠γ).

Компрессоры являются преобразователями механической энергии в тепловую. По закону сохранения энергии работа, затрачиваемая на сжатие и выталкивание (без учета механических потерь) представляется суммой теплот, отводимых от газа в процессах сжатия и изобарного охлаждения.

Компрессоры используются в различных областях науки и техники, где нужно создавать повышенное давление или откачивать газ или жидкость:

1. в трубопроводном транспорте для доставки природного газа от места производства к потребителю

2. на нефтеперерабатывающих заводах, заводах по переработке газа, нефтехимических и химических заводах и подобных больших индустриальных заводах для сжатия промежуточных и конечно произведенных газов

3. в охлаждении и воздушных кондиционерах для перемещения теплоты из одного места в другое

4. для заключения газа в маленьком объеме, баллонах высокого давления для медицинских целей, сварки и  др.

5. в различных индустриальных, производственных и строительных процессах для всех типов пневматических инструментов

6. в герметичных летательных аппаратах для создания атмосферы с более высоким давлением чем окружающее давление

7. в некоторых типах реактивных двигателей для обеспечения горения топлива
8. в дайвинге, гипербарической оксигенации и других устройствах поддержания жизнедеятельности для накопления дыхательного газа в малом объеме, таком как баллоны для дайвинга

9. в субмаринах для накопления воздуха для регулировки глубины

Реализация простейшей системы подачи воздуха может быть достигнута путем создания устройства, схематически приведенного на рисунке 1.

Электроматор вращает колесо с лопатками, в результате чего воздух засасывается в одном месте и выпускается в другом при большем давлении.

Вращающиеся лопатки приводят к ускорению газа до высокой скорости, после чего скорость газа при расширении преобразуется в давление и соответственно уменьшается.

Идеальный газ. Законы, определяющие свойства и поведение газа, легче всего формулируются для случая так называемого идеального газа или газа относительно низкой плотности. В таком газе среднее расстояние между молекулами предполагается большим по сравнению с радиусом действия межмолекулярных сил. Порядок величины этого среднего расстояния можно определить как , где – n число частиц в единице объема или числовая плотность газа. Если пользоваться приближенной моделью взаимодействия частиц газа, в которой молекулы представляются твердыми упругими шариками диаметром d, то условие идеальности газа записывается как nd3 <<1. Характерный размер молекул газа можно в среднем оценить как d = 3·10^–8 см. Это означает, что газ является идеальным, если n << 3·10²² см^–3. Такому условию заведомо отвечает любой газ (например, воздух), находящийся при нормальных условиях (давление p = 1атм, температура T = 273K), поскольку при этих условиях число молекул в одном кубическом сантиметре газа равно 2,69·10¹⁹см^–3 (число Лошмидта). При фиксированном давлении газа условие идеальности удовлетворяется тем лучше, чем выше температура газа, поскольку плотность газа, как это следует из уравнения состояния идеального газа в этом случае обратно пропорциональна его температуре.

Законы идеального газа были в свое время открыты опытным путем. Так еще в 17 в. был установлен закон Бойля – Мариотта

из которого следует, что изменение объема газа V при постоянной температуре T сопровождается таким изменением его давления p, что их произведение остается постоянной величиной.

Если газ находится в условиях, когда постоянным сохраняется его давление, но меняется температура (такие условия можно осуществить, например, поместив газ в сосуд, закрытый подвижным поршнем), то выполняется закон Гей-Люссака

V/T=const,

т.е. при фиксированном давлении отношение объема газа к его температуре является постоянным. Оба указанных закона объединяются в универсальное уравнение Клапейрона – Менделеева, которое называется также уравнением состояния идеального газа

pV = nRT.

Здесь n – число молей газа, R = 8,317 Дж/моль·K – универсальная газовая постоянная. Молем любого вещества называется такое его количество, масса которого в граммах равна атомной или молекулярной массе вещества М. В свою очередь, молекулярной массой вещества называется отношение массы молекулы этого вещества к так называемой атомной единице массы (а.е.м.), в качестве которой принимается масса равная 1/12 массы атома 12С (изотопа углерода с массовым числом 12). При этом 1 а.е.м. = 1,66·10^–27 кг.

Один моль любого вещества содержит одно и то же число молекул, равное числу Авогадро моль–1. Число молей данного количества вещества определяется отношением массы вещества m к его молекулярной массе, т.е. n = m/M .

Используя соотношение n = N/V = nNA /V, уравнение состояния можно представить в виде, связывающем между собой давление, плотность и температуру

где вводится величина k = R/N_A = 1,38·10^–23 Дж/K , которая носит название постоянной Больцмана.

Сжимаемость характеризуют относительной плотностью d = r/r₀, где r₀ — плотность при 0°С и р = 1 атм.

Сжатие может происходить как при постоянной температуре (изотермически), так и с одновременным разогревом сжимаемого тела (например, в адиабатном процессе). В последнем случае значения К будут большими, чем при изотермическом сжатии.

Для оценки сжимаемости веществ в широком диапазоне давлений используют уравнения состояния, выражающие связь между р, V и Т. Определяют сжимаемость непосредственно по изменению объёма тел под давлением, из акустических измерений скорости распространения упругих волн в веществе, из экспериментов по ударному сжатию, дающих зависимость между r и р при максимальных полученных в эксперименте давлениях.

Сжимаемость газов, будучи очень большой при давлениях до 1 кбар, по мере приближения их плотности к плотности жидкостей становится близкой к сжимаемости жидкостей.