Идеальная тепловая машина работает по циклу Карно: 13

1. Идеальный газ приводят в контакт с нагревателем и предоставляют ему возможность расширяться изотермически, то есть при температуре нагревателя (состояние 1–2), при этом газ получает от нагревателя количество теплоты Q1. 1
2. Когда расширившийся газ перейдёт в состояние 2, его теплоизолируют от нагревателя и дают возможность расширяться адиабатически, при этом газ совершает работу за счёт убыли своей внутренней энергии. 1
3. Расширяясь адиабатически (состояние 2–3), газ охлаждается до тех пор, пока его температура не будет равна температуре холодильника (состояние 3). 1
4. Теперь газ приводят в контакт с холодильником, в результате чего он изотермически сжимается (состояние 3–4), отдавая холодильнику количество теплоты Q2. 1 Газ переходит в состояние 4. 1
5. Затем газ теплоизолируют от холодильника и сжимают адиабатически (состояние 4–1). 1

Особенности идеальной тепловой машины:

• имеет максимально возможный КПД при данных температурах нагревателя и холодильника; 1
• определяет верхний предел КПД всех реальных тепловых машин. 1