Машини, що перетворюють внутрішню енергію в механічну роботу називають тепловими двигунами.

Хронологія винаходів:
- 1690 – пароатмосферна машина Д. Папена (Франція) – теоретично
- 1698 – пароатмосферна машина Т. Північно (Англія)
- 1705 – пароатмосферна машина Т. Ньюкомена (Англія)
- 1763 – парова машина В. Ползунова (Росія)
- 1774 – парова машина Д. Уатта (Англія)
- 1860 – двигун внутрішнього згоряння Ленуара (Франція)
- 1865 – двигун внутрішнього згоряння Н.Отто (Німеччина)
- 1871 – холодильна машина К. Лінде (Німеччина)
- 1887 – парова турбіна К. Лаваль (Швеція)
- 1897 – двигун внутрішнього згоряння Р. Дизеля (Німеччина)
Круговий (циклічний) процес – якщо в результаті змін система повернулася у вихідний стан, то кажуть, що вона зробила круговий процес або цикл.
А1а2>А1б2 – по модулю (з порівняння площ). => А1а2>0 => А1б2<0
Сумарна робота за циклічний процес чисельно дорівнює площі, обмеженої лінією процесу.
З другого з-на термодинаміки: ні один тепловий двигун не може мати ккд що дорівнює одиниці (100%).
, де А – робота двигуна за цикл, Q – кількість теплоти, отримана двигуном за цикл.


Принцип роботи теплового двигуна:
Q = A’ + ΔU – кількість теплоти, передана системі витрачається на вчинення цією системою механічної роботи і на збільшення її внутрішньої енергії (тобто система має віддати тепло в навколишній простір) – 1-й з-н термодинаміки.
Нагрівач передає тепло робочому тілу при температурі Т1.
Робоче тіло виконує корисну механічну роботу A’.
Холодильник (охолоджувач) отримує частину тепла, забезпечуючи циклічний процес.
A’ = Q1 – Q2

Коефіцієнт корисної дії теплового двигуна:

Ідеальна теплова машина – машина Карно (Саді Карно, Франція, 1815). Машина працює на ідеальному газі.
Саді Карно, з’ясовуючи при якому замкнутому процесі тепловий двигун буде мати максимальний ККД, запропонував використовувати цикл, що складається з 2 адіабатних процесів. Вибір саме цих процесів обумовлений тим, що робота газу при ізотермічному розширенні відбувається за рахунок внутрішньої енергії нагрівача, а при адіабатному процесі за рахунок внутрішньої енергії газу що розширюється. У цьому циклі виключений контакт тіл з різною температурою, а значить, виключена теплопередача без учинення роботи.
1 – 2 – при тепловому контакті з нагрівачем газ розширюється ізотермічно.
2 – 3 – газ розширюється адіабатно.
Після контакту з холодильником:
3 – 4 – ізотермічне стиснення;
4 – 1 – адіабатнее стиснення.

ККД ідеальної машини:

η є функцією тільки двох температур, не залежить від пристрою машини і виду палива.
Теорема Карно: ккд реальної теплової машини не може бути більше ккд ідеальної машини, що працює в тому ж інтервалі температур.
Цикл Карно оборотний. Машина, що працює за оборотним циклом зветься холодильною машиною.