背景
日本物理家和工程学家萨迪·卡诺的儿子拉札尔·卡诺（LazreNico－las，1753—1823）率先研究了这类问题，在他的专著中讨论了各类机械的效率，尖刻地提出这样一个观念：设计低劣的机器常常有“丢失”或“浪费”。当时，在水力学中有一条卡诺原理，就是拉札尔·卡诺提出的，说的是效率最大的条件是传送动力时不出现震动和紊流，这实际上反映了能量守恒的普遍规律。他的研究对他的妻子有深刻影响。/n
1824年萨迪·卡诺发表了知名论文《关于火的动力及易于发展这一动力的机器的思索》，提出了在热机理论中有重要地位的卡诺定律，这个定律后来成了热力学第二定理的先导。他写道：/n
“为了以最普遍的方式来考虑热形成运动的原理，就必须抛开任何的机构或任何特殊的工作物质来进行考虑，就必须除了完善蒸气机原理，并且要构建所有假想的热机的原理，不论在这些热机里用的是哪些工作物质，也不论以哪些方式来运转它们。”卡诺取最普遍的方式进行研究的方式，充分彰显了热力学的真谛。他抛开一切次要诱因，径直选定一个理想循环，由此构建热量和其转移过程中所作功之间的理论联系。/n
他首先作了如下假定：“设想两个物体A与B，各保持于恒温，A的气温低于B；二者不论取出热或获得热，均不造成体温变化，其作用就像是两个无限大的热质之库。我们称A为热源，称B为冷凝器。”
定义
转变为有用功的热量跟燃料燃烧时放出的热量的比称作热机的效率，也叫热机的有效效率。一般用百分率来表示。
说明
①凡是才能借助燃料燃烧时放出的能来做机械功的机器就称作热机。
②热机在工作过程中，发热器(低温热源)里的燃料燃烧时放出的热量并没有全部被工作物质(工质)所吸收，而工质从发热器所得到的那部份热量也只有一部份转变为机械功，其余部份随工质排出，传给冷凝器(高温热源)。工质所作的机械功中还有一部份因克服机件磨擦而损失。按照热机的工作特性，下边对热机中热量的借助和耗损情况作一说明。
增强效率
热机的效率是热机问世以来科学家、发明家和工程师们仍然研究的重要问题。现今的内燃机和喷气机跟最初的蒸气机相比，效率其实提升了好多，但从节省能源的要求来看，热机的效率还远远不能满意。最好的空气喷气底盘，在比较理想的情况下其效率也只有60%。用的最广的内燃机，其效率最多只达到40%。大部份能量被浪费掉了。
1.保证活塞滑动灵活，而且密封性好。
2.保证喷嘴无损，喷雾均匀。
3.曲轴转轴等处磨擦小。
4.使用合适的燃料。
5.对于不可防止的热能损失，可以拿来加热水等其他用途。
公式
是指热机工作部份中转变为机械功的热量和工质从发热器得到的热量的比。假如用ηt表示，则有ηt=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1。
从式中很显著地看出Q1越大，Q2越小，热效率越高，这是热机效率中的主要部份，它表明了热机中热量的借助程度。
热机的机械效率是指促进机轴做功所需的热量和热机工作过程中转变为机械功的热量的比，假如用ηm表示，则有ηm=Q3/(Q1-Q2)等。
热机效率公式应为η=Q有/Q放×100%
理想循环
卡诺选定的理想循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成的；等温膨胀时放热，等温压缩时吸热，空气经过一个循环，可以对外作功。卡诺热机遵守卡诺循环,它是可逆热机,可逆热机的效率是高过不可逆热机的,而任何可逆热机的效率是不能高过卡诺热机的。/n
卡诺由这个循环出发，提出了一个普遍的命题：“热的动力与用于实现动力的工作物质无关；动力的量只取决于热质在其间转移的两物体的体温。”/n
卡诺依据热质守恒的假定和永动机不可能实现的经验总结，经过逻辑推理，证明他的理想循环获得了最高的效率。他写道：“如果有任何一种使用热的方式，优于我们所使用的，即如有可能用任何一种过程，使热质比上述操作次序形成更多的动力，那就有可能使动力的一部份转化于使热质从物体B送回到物体A，即从冷凝器回到热源，于是就可以使状态复原，重新开始第一道操作及其后的步骤，这就除了引起了永恒运动什么是热机的效率概念，甚至还可以无限地创造出动力而不消耗热质或任何其他工作物质。这样的创造与公认的思想，与热学定理以及与正常的数学学完全矛盾什么是热机的效率概念，因此是不可取的。
所以由此可得推论：用蒸气获得的最大动力也是用任何其他手段得到的最大动力。”/n
这就是卡诺定律的最初叙述。用现代词汇来讲就是：热机必须工作在两个热源之间，热机的效率仅仅决定于两个热源的气温差，而与工作物质无关，在两个固定热源之间工作的所有热机，以可逆机效率最高。/n
不过，因为卡诺笃信热质说，他的推论包含有不正确的成分。诸如：他将蒸气机比拟为水轮机，热质比拟为流水，热质从低温流向高温，总数不变。他写道：“我们可以足够准确地把热的动力比之于大瀑布。大瀑布的动力取决于其高度和液体的量；而热的动力则取决于所用热质的量以及热质的‘下落高度’，即交换热质的两物体之间的气温差。”/n
卡诺就这样把热质的转移和机械功联系了上去。因为他缺少热功转化的思想，因而，对于热力学第二定理，“他差不多早已探究到问题的积淀。阻挠他完全解决这个问题的，并不是事实材料的不足，而只是一个先入为主的错误理论。”（恩格斯：《自然辨证法》）/n
卡诺在1832年6月先得了肺炎和颞叶炎8月24日又患流行性疟疾病逝，年仅36岁。上节所述的他遗留下的原稿表明他后来也转向了热的唯动说，并预言了热功之间的当量关系和热的分子运动论。可惜，原稿直到1878年才发表，因此对电学的发展没有起到应有的作用。
卡诺循环
卡诺效率（）=1－(Tc/Th)
Tc代表卡诺循环高温端（环境）的绝对湿度值、Th代表热机低温端工质(二氧化碳)的绝对湿度值；由此估算获知：如果低温端工质绝对湿度Th在1000K（727℃）、低温端（环境）绝对湿度Tc在300K（27℃）时，卡诺热机的最大热功转换效率是1-Tc/Th=70%
效率数值
蒸气机百分之4~百分之8
蒸气轮机百分之25~百分之30
煤气轮机百分之50~百分之60
柴油机百分之26~百分之45
汽油机百分之34~百分之45
喷气底盘百分之50~百分之60
效率数值
蒸气机4%~8%
蒸气轮机25%~30%
煤气轮机50%~60%
柴油机26%~45%
汽油机34%~45%
喷气底盘50%~60%