Koneen periaate

• Lämpövoimakoneessa lämpöenergia muutetaan mekaaniseksi energiaksi. Prosessin aikana lämpötila laskee arvosta T₁ arvoon T₂.
• Samalla osa systeemin luovuttamasta lämpöenergiasta muuttuu työksi W.
• Ihannetapauksessa kaikki luovutettu lämpöenergia muuttu työksi W_max = Q₁ - Q₂. Käytännössä tämä ei kuitenkaan ole mahdollista, vaan osa energiasta menee hukkaan W < W_max.

• Koneen hyötysuhde lasketaan vertaamalla koneen tekemää työtä systeemin koko lämpöenergiaan:

​[[$$ \eta = {W \over Q_1} $$]]​

• Maksimaalinen hyötysuhde eli Carnot-hyötysuhde [[$ \eta_{max} $]]​ saavutetaan kun kaikki luovutettu lämpöenergia muuttuu työksi W_max = Q₁ - Q₂.

​[[$$ \eta_{max} = {W_{max} \over Q_1} = {Q_1-Q_2 \over Q_1} = {T_1-T_2 \over T_1} $$]]​

• Kaikkea lämpöenergiaa ei voida koskaan muuttaa työksi. Tämä edellyttäisi, että T₂ olisi absoluuttinen nollapiste.
• Mutta mitä suurempi lämpötilaero saadaan aikaiseksi, sitä suurempi hyötysuhde saadaan ainakin periaatteessa aikaiseksi. Tavoitteena on siis, että prosessin aikana lämpötila laskisi mahdollisimman paljon.

Esimerkki

• Auton polttomoottori on lämpövoimakone.
• Lämpöenergia syntyy polttoaineen palamisen seurauksena.
• Lämpötilan noustessa paine sylinterissä nousee ja kuuma palokaasu laajenee ja samalla työntää mäntää alaspäin.
• Männän työntyessä alaspäin lämpöenergia muuttuu mekaaniseksi energiaksi; systeemi tekee männälle työtä (W).
• Palokaasun laajentuessa sylinterissä sen lämpötila ja lämpöenergia laskee (Q₁ - Q₂).
• Osa energiasta menee kitkan ja lämmön johtumisen seurauksena hukkaan.