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  人们一方面利用已经有的热能,或者燃烧燃料来创造热能给热力发动机,而另一方面却在浪费很多的热能,比如很多电厂不得不利用大量的水来冷却。法国工程师尼古拉·卡诺在1824年的研究推出了卡诺定理。这个定理表示即使是一个理想热机,它利用热能转化成机械能的效率也低于100%。这个公式是:  效率 = 有用功/注入系统中的能量<br> formula_1  对一个卡诺热机来说,这个公式变为:  formula_1  在这里,formula_3是高温热源给工作系统的热量,formula_4是低温热源给工作系统的热量(是负值)。 <br> 熵变化量formula_5 卡诺热机中之formula_7图上之点,最后会回到原来的点,所以 代入熵变化量式子<br> formula_9<br> formula_10  将上式代入上上式  formula_11  根据卡诺提出的定理:  formula_12  在这里,formula_13和formula_14是温度以卡尔文为单位,等号仅当热机循环是可逆的时候成立。  从而我们可以得出:  formula_15  从这个公式我们可以看出,要得到100%的效率,低温热源需要在绝对零度下,或者高温热源温度无限大。
热机,或称热引擎(英语:heat engine),是能够将热源提供的一部分热量转化成为对外输出的机械能之机器。热机对外输出的机械能称为「输出功」。热机的工作模式一般可以简化为热力学循环的模型,热机的种类也按背后不同的热学模型命名,比如卡诺热机、迪塞尔热机等等。此外,按照热源或工作特性,也各自有约定成俗的名称,如柴油机、汽油机、蒸汽机等等。热机可以是开放系统,也可以是封闭系统。热源可以是使用煤的蒸汽炉,汽车发动机的燃烧室,也可以是太阳能的蒸汽炉,地热和核反应堆。热机分为内燃机和外燃机两种。