カルノーサイクル
高低差のある斜面を水が流れ落ちるのと同じように、熱も高温側から低温側に移動する。その移動により、実際に熱機関で利用可能な仕事が発生する。水力発電所は、高低差を利用して水を流しながら発電するが、熱機関も同様に、熱を移動させながらでないと作動しない。
カルノーサイクルの理論熱効率(カルノー効率) η t h {\displaystyle \eta _{\mathrm {th} }} は、2つの熱源の温度のみで決まり、
η t h ≡ W Q H = 1 − T L T H {\displaystyle \eta _{\mathrm {th} }\equiv {\frac {W}{Q_{\mathrm {H} }}}=1-{\frac {T_{\mathrm {L} }}{T_{\mathrm {H} }}}}
となる。ここでW は有効仕事:
W ≡ Q H − Q L {\displaystyle W\equiv Q_{\mathrm {H} }-Q_{\mathrm {L} }\ }
である。
これは、理想気体による等温膨張において、高温・低温部それぞれの体積変化による仕事量を計算し、その比を取ると、