Невозможен периодический процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты, полученной от одного источника (нагревателя), в эквивалентную ей работу.

Т.е. не возможно создать тепловой двигатель, работающий с одним источником теплоты (так называемый вечный двигатель второго рода).

Формулировка Клаузиуса:

Теплота не может переходить самопроизвольно от тел с более низкой температурой к телам с более высокой температурой.

Следовательно, без совершения работы нельзя отбирать теплоту от менее нагретого тела и отдавать ее более нагретому.

Под тепловым двигателем (машиной) будем понимать периодически действующее устройство, совершающее механическую работу за счет внутренней (т.е. тепловой) энергии топлива. Все тепловые двигатели могут быть сведены к одной упрощенной схеме (рис. 1). От тела с более высокой температурой Т₁, называемого нагревателем, за цикл отнимается рабочим телом (телом, способным совершать механическую работу, например цилиндром с поршнем, внутри которого находиться газ) количество теплоты Q₁. Рабочее тело совершает механическую работу A и передает количество теплоты Q₂телу с более низкой температурой Т₂, называемому холодильником. Совершаемая рабочим телом работа А = Q₁, — Q₂.

КПД теплового двигателя равен

(1)

Цикл Карно представляет собой круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Является самым экономичным.

Цикл Карно схематически изображен на рисунке, где изотермическое расширение и сжатие газа задано соответственно кривыми 1-2 и 3-4, а адиабатические расширение и сжатие — кривыми 2-3 и 4-1.

Термический КПД цикла Карно

где Q₁ — теплота, полученная рабочим телом от нагревателя; Q₂ — теплота, переданная рабочим телом холодильнику T₁ и T₂—термодинамические температуры нагревателя и холодильника.